Convertoare de frecvență - capitolul 1

1. Caracteristica generală a convertizoarelor clasice de frecvenţă pentru reglarea vitezei motoarelor asincrone

1.1 Clasificarea şi proprietăţile principale ale convertizoarelor de frecvenţă cu invertoare autonome

Convertizoarele de frecvenţă (CF) cu invertoare autonome (IA) reprezintă nişte convertoare electronice indirecte, care transformă energia de curent alternativ de tensiune şi frecvenţă constante de la intrare în energie de curent alternativ de tensiune şi frecvenţă variabile la ieşire , trecând această energie printr-o stare intermediară de curent continuu . Cu alte cuvinte , aceste convertizoare efectuează o dublă conversie a energiei de curent alternativ consumate : mai întâi ea este redresată cu ajutorul unui redresor comandat (RC) sau necomandat (RNC) , apoi inversată cu ajutorul unui invertor autonom de curent (IAC) sau de tensiune (IAT) (Fig.1.1). Tipul invertorului depinde de natura filtrului intermediar de curent continuu . Dacă acest filtru este inductiv , având o inductivitate Ld relativ mare , atunci parametrul principal, care se filtrează ideal, este curentul redresat Id :

unde ud(α) – valoarea momentană a tensiunii de la ieşirea redresorului comandat, care depinde de unghiul de reglare α; uI(t) – contra tensiunea invertorului, determinată de reacţia tensiunilor de linie ale acestuia u2(t), transmise la intrarea lui prin ventilele deschise în fiecare tact de comutaţie . De aceea un astfel de CF, fără sistem de reglare automată, serveşte ca sursă de curent , iar redresorul comandat şi invertorul autonom poartă aceeaşi denumire – de curent : RCC şi IAC (Fig.1.1,a) .

Tensiunea redresată ud(t) în acest caz conţine 2 componente : una pulsatorie udL(t), care cade pe inductivitatea de filtrare Ld, şi alta medie Ud , care echilibrează contra tensiunea invertorului autonom UI:

unde U1-tensiunea de curent alternativ de alimentare a redresorului ; α - unghiul de reglare al redresorului comandat (pentru RNC , α =0); kRU – coeficientul de transfer al redresorului în tensiune (KRU =Ed0/E1N).

IAC formează la ieşire un curent alternativ dreptunghiular i2(t) cu o amplitudine I2m= Id , iar tensiunea nesinusoidală de ieşire u2(t) conţine 2 componente, una dintre care depinde de caracterul şi valoarea impendanţei de sarcină Z2 (φ), iar cea de-a doua reprezintă nişte supratensiuni inductive de autoinducţie, care apar numai la fronturile curentului i2(t), când di2/dt→∞ (fig.1.1a)

unde φ2 =arctg - unghiul de fază al unei sarcini activ inductive sau al unui motor asincron ; - reprezintă supratensiunile de autoinducţie ale inductivităţii de sarcină L2 , care apar în momentele de comutaţie ale tiristoarelor sau tranzistoarelor invertorului (în figura 1.1,a ele nu sunt arătate).

Supratensiunile de comutaţie au o frecvenţă şi o amplitudine relativ mare suprapunându-se în formă unor şocuri oscilatoare peste tensiunea u2(t) , înrăutăţind coeficientul de armonici superioare şi influenţând negativ asupra funcţionării motorului de acţionare şi asupra izolaţiei lui . Din această cauză IAC nu sunt recomandate pentru sarcini inductive , ci pentru sarcini capacitive. Însă motoarele asincrone şi sincrone nu fac parte din aceste sarcini.

În afară de aceasta, IAC mai au încă un dezavantaj principal: nu pot funcţiona normal la mers în gol , adică când Z2 (φ2)=∞ şi i2 (t)=0 . În acest regim tensiunea de ieşire u2(t)→ ∞, ceea ce poate străpunge tiristoarele sau tranzistoarele invertorului , dacă nu acţionează la timp blocul de protecţie la supratensiuni . În acest caz curentul impus de sursă nu poate fi atins , deoarece Z2(φ2)=∞ , de aceea sistemul de comandă încearcă totuşi să instaleze curentul prescris , ridicând nelimitat tensiunea. Pentru a exclude regimul de mers în gol în practică , motorul se conectează direct la ieşirea invertorului , fără nici un aparat de comutaţie intermediar.

Necătând la aceste dezavantaje , CF cu IAC posedă totuşi un avantaj în cazul utilizării unui redresor comandat : permite o frânare recuperativă fără a adăuga vre-un element în schema de putere . Această frânare se obţine prin micşorarea frecvenţei invertorului şi menţinerea unei alunecări negative a motorului asincron , care trece în regim de generator , impunând invertorul să treacă în regim de redresor (UI>0) , iar redresorul în regim de invertor condus de reţea (Ud<0) . În acest caz sensul energiei active se inversează prin schimbarea polarităţii tensiunilor redresorului şi invertorului, menţinând acelaşi sens al curentului circuitului intermediar