Лабораторная работа №3 Исследование инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения

3.1 Цель работы

Исследование принципа формирования выходного напряжения, особенностей построения и работы инверторов с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) на базе частотного преобразователя MICROMASTER 420 фирмы SIEMENS.

3.2 Краткие сведения о преобразователе

Силовая схема преобразователя (рисунок 3.2) состоит из неуправляемого выпрямителя VD1-VD6, конденсатора С и инвертора VT1 - VT6.Модуляция выходного напряжения ШИМ осуществляется по синусоидальному закону

U_н,f = U_иm sinw_st (3.1)

где m - коэффициент глубины модуляции;

w_s– круговая частота модуляции.

Компенсация реактивной энергии, потребляемой электродвигателем, осуществляется конденсатором большой емкости, установленным на входе инвертора. Конденсатор заряжается, когда ток направлен от инвертора к источнику питания, и разряжается, когда ток направлен от источника к инвертору. При этом среднее значение потребляемого тока за период несущей частоты

I_и.f = m I_sm cos j_s. (3.2)

Емкость компенсирующего конденсатора, необходимого для компенсации реактивной энергии, определится по следующей формуле

(3.3)

где I_sm–амплитуда тока нагрузки;

j_s– фазовый угол между первыми гармониками напряжения и тока нагрузки;

DU_c – допустимое перенапряжение на конденсаторе;

f - несущая частота.

Теоретически значение коэффициента глубины модуляции равно 1. Однако,практически оно всегда несколько ниже из-за того, что максимальное время открытого состояния силового ключа не может быть равно периоду несущей частоты,а минимальное равно 0, так как существуют процессы коммутации [3]

, (3.4)

где t_в- время выключения силового ключа.

Напряжение источника питания АИН с ШИМ

, (3.5)

где U_L- номинальное значение линейного напряжения на статоре двигателя.

3.3 Программа работы

3.3.1 По формуле (3.3) для параметров, заданных преподавателем, рассчитать емкость компенсирующего конденсатора

3.3.2 Исследовать влияние увеличения несущей частоты инвертора на напряжение конденсатора звена постоянного тока для заданной нагрузки. Построить зависимость U_c = F(f_н) и рассчитать значение емкости для каждого значения f_н.

3.3.3 Исследовать влияние увеличения несущей частоты на использование транзисторов инвертора по напряжению формулы (3.3-3.5) при изменении выходной частоты от 10до 50 Гц.

3.3.4 Исследовать влияние несущей частоты на к.п.д. преобразователя.

3.3.5 Подключив осциллограф к выходным клеммам преобразователя, снять осциллограммы выходного напряжения для нескольких значений несущей частоты,провести анализ осциллограмм.

3.4 Порядок выполнения работы

3.4.1 Включить автомат QF, нажатием кнопки SB1 подать напряжение на преобразователь UZ (рисунок 3.1). Подождать пока на пульте управления АОР не установится меню. Из установившегося меню выбрать пункт«Параметрирование» и установить в параметре Р1800 значение несущей частоты - 2кГц.

3.4.2 Выйти из режима параметрирования и тумблером К включить преобразователь.На дисплее АОР появятся контролируемые переменные параметры: выходная частота,напряжение на двигателе, напряжение звена постоянного тока. Потенциометром RZплавно увеличивая частоту разогнать электродвигатель до номинальных оборотов.

3.4.3 Переключателем нагрузка QSподключить к генератору G нагрузочный резистор R_n. Нагрузка изменяется ступенчато переключателем R_н, плавно - регулятором автотрансформатора АТ.Установить, по заданию преподавателя, ток нагрузки - амперметр А2 и записать показания приборов, контролирующих входные и выходные параметры преобразователя, а также звена постоянного тока. Последовательно изменяя значение несущей частоты в параметре Р1800 с интервалом 2кГц (до 16кГц) и поддерживая ток нагрузки постоянным, произвести аналогичные измерения.

3.4.4 При отключенном автомате QF, подсоединить осциллограф к выходным клеммам преобразователя, а затем включить преобразователь согласно п. 3.4.1, 3.4.2. Зарисовать осциллограммы в установленном масштабе.

3.5 Содержание отчета

1 Электрическая схема стенда.

2 Результаты предварительных расчетов.

3 Результаты измерений, сведенные в таблицу.

4 Сравнительный анализ с предварительными расчетами.

5Осциллограммы.

Рисунок 3.1- Электрическая схема управления стендом

Рисунок 3.2 – Функциональная схема преобразователя MICROMASTER 420

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: