基于電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)濾波參數(shù)的計(jì)算
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在電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)中，濾波電容參數(shù)CF的計(jì)算和正確選擇對于保證系統(tǒng)的調(diào)節(jié)質(zhì)量及降低設(shè)計(jì)成本具有重要而現(xiàn)實(shí)的意義。濾波電容參數(shù)過大或過小，不只是影響系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，而且電路中的高頻信號會嚴(yán)重影響信號和通信系統(tǒng)，也可能導(dǎo)致接至同一電網(wǎng)上的另外一些系統(tǒng)誤動作。
因此，直流環(huán)節(jié)濾波器在變頻器供電的傳動系統(tǒng)中是一個相當(dāng)重要的功能器件，必須正確合理的選擇。但在實(shí)際的傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，工程人員大多基于經(jīng)驗(yàn)公式，而不是根據(jù)引入逆變器開關(guān)策略和負(fù)荷特性進(jìn)行計(jì)算，這就難于大范圍改變逆變器的開關(guān)頻率、脈寬。因此，存在較大的局限性。
在此從電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本原理出發(fā)，引入逆變器的開關(guān)策略，導(dǎo)出電容CF在工作過程中充放電電流的變化規(guī)律，經(jīng)簡化近似，求得了充電過程中電容上電荷量的最大值，從而得到確定電容參數(shù)的工程計(jì)算公式，該公式簡單，物理概念清楚，便于在工程實(shí)際中應(yīng)用。
1 電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理
電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)的原理圖如圖1所示。
由圖1可見，三相交流電經(jīng)橋式整流轉(zhuǎn)變成直流電，再經(jīng)電容CF濾波，施加到由GTR1-GTR6組成的逆變橋逆變成電壓和頻率可調(diào)的三相交流電，供給三相異步電動機(jī)。其電壓和頻率的協(xié)調(diào)控制由變頻控制器實(shí)現(xiàn)。
該系統(tǒng)濾波電容的作用是：
(1)起濾波作用，用來限制逆變器輸入端電壓的脈動；
(2)當(dāng)異步電動機(jī)運(yùn)行于再生制動狀態(tài)時，吸收經(jīng)逆變橋回送到直流環(huán)節(jié)的電能。
很顯然，該系統(tǒng)的直流濾波環(huán)節(jié)就是濾波電容CF。該系統(tǒng)濾波參數(shù)的計(jì)算就歸結(jié)為電容參數(shù)CF的計(jì)算。
2 直流環(huán)節(jié)的等效電路及充放電電流的計(jì)算
基于如下幾個方面的考慮：
(1)逆變器在工作過程中，電容兩端電壓的峰-峰值應(yīng)當(dāng)小于指標(biāo)規(guī)定的數(shù)值；
(2)直流環(huán)節(jié)的損耗應(yīng)保持在最小值；
(3)逆變器和感應(yīng)電動機(jī)中產(chǎn)生的瞬變現(xiàn)象應(yīng)充分得到阻尼；
(4)直流環(huán)節(jié)的參數(shù)應(yīng)不影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
于是可得到直流環(huán)節(jié)的等效電路如圖二所示。
由圖2電路圖，設(shè)電流i1(t)紋波很小，則：
i1(t)=Id
于是可得到：
式中：iC(t)是流經(jīng)CF的電流；Id為直流電源所提供的電流；i2(t)為去逆變器的電流。
設(shè)逆變器為六階梯波逆變器，并且把逆變器當(dāng)作開關(guān)來模擬。在忽略異步電動機(jī)旋轉(zhuǎn)電勢和異步電動機(jī)激磁電流影響的情況下，可得變頻電機(jī)的靜止模型和等效電路如圖3所示。
圖3中L1為每相定子繞組的漏感值；L2為每相轉(zhuǎn)子繞組漏感折算到定子側(cè)的數(shù)值；R1為每相定子繞組的電阻值；R2為每相轉(zhuǎn)子繞組電阻值折算到定子側(cè)值。這樣當(dāng)逆變器正常工作時(即S合上)，根據(jù)基爾霍夫電壓定律可得：
其初始條件為：UC(0)=(1+K／2)Ud，iC(0)=0，i2(0)=0。式中K為紋波系數(shù)。
由方程(2)可得：
其齊次方程的特征方程為：
式中：C1和C2是由初始條件所確定的常數(shù)。當(dāng)t=0(即逆變器開始工作)時：
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