Эффективность энергии электропривода можно увеличить за счет рекуперации энергии внутри двигателя. Такой эффект заметен для механизмов с большой инерцией на валу двигателя, с множеством замедлений и ускорений: прессовое, кузнечное оборудование, лебедки, краны, подъемно-транспортные устройства. Затраты энергии снижаются за счет преобразования энергии механического движения в электроэнергию конденсатора. Его емкость больше штатного.
Повышение емкости конденсатора меняет постоянную величину времени. Это отрицательно отражается на работе электрического привода. Применение внутренней рекуперации для сбережения энергии обуславливает использование двух конденсаторов: малой емкости для реактивной энергии и большой емкости для рекуперации. Рассчитать значение этих величин получается непросто.
Главные проблемы и пути решения
Существуют расчеты емкости с трансформатором перед преобразователем частоты. Такое решение редко применяется на практике. Правильным решением будет энергетический подход: расчет по необходимым величинам энергии. Чтобы решить эту задачу по значению емкости конденсатора, обратимся к схеме в виде «Г» по замещению асинхронного двигателя.
r1 и r2 – сопротивление статора и ротора, х1 и х2 – сопротивления рассеивания статора и сопротивление ротора, rm и xm – индуктивное и активное сопротивления намагничивающей цепи, s – скольжение. Контур намагничивания привода отвечает за образование магнитного потока агрегата, это сопротивление индукции намагничивания хm.
Чтобы вычислить энергию для образования магнитного потока 3-фазной машины, воспользуемся формулой:
где m – число фаз; Lm – намагничивающая индуктивность.
Значение амплитуды вектора тока холостого хода вычисляется:
После расчета нужной энергии, создающей момент асинхронного мотора и поток намагничивания, происходит переход от потребителя тока к питанию.
Схема силовой части частотного преобразователя частоты
Реактивная энергия исходит из конденсатора преобразователя. Он питает асинхронный двигатель по ключам на открытых транзисторах. Когда ключи инвертора равны нулю, нулевые векторы реализуются, полупроводниковые вентили верхние или нижние открыты, конденсаторная емкость собирает в себе энергию, которая возвращается через транзисторы и обратные диоды. Нужная энергия для образования магнитного потока получается во время разряда емкости конденсатора.
где: С – емкость конденсатора, Udc_max – стартовая (наибольшая) величина потенциала разряда конденсатора звена тока, Udc – окончательное напряжение во время разряда емкости.
Конденсатор сглаживает пульсации напряжения входа, поэтому значение изменения потенциала во время разрядки конденсатора определяется равной пульсаций потенциала звена тока.
где ku – коэффициент пульсаций разности потенциала.
Чтобы узнать значение емкости, уравняем энергию потока магнитного поля асинхронного двигателя и изменение энергии емкости в звене тока частотника.
Размер емкости конденсатора, определенный путем получения выражения для двигателя асинхронного типа мощностью 3 кВт серии общепромышленной, подключенного от трехфазного входного частотного преобразователя частоты с амплитудой интервала пульсаций разности потенциалов звена постоянного тока на 2% получается 588 мкФ.
Вычисленный результат емкости конденсатора обуславливает корреляцию со значениями емкостей конденсаторов частотных преобразователей серийного производства популярных брендов мира, учитывая поправки на ряд емкостей стандартного типа.
Выводы по расчету емкости конденсатора
В результате анализа разработан порядок действий для вычисления необходимого значения емкости конденсатора, который нужно установить в звене постоянного тока частотного преобразователя, работающего на электродвигатель асинхронного типа. Этот способ представления основывается на познании параметров значений схемы замещения электродвигателя асинхронной машины и задающей величины пульсаций разности потенциалов в звене тока постоянной величины.
Особенно нужно знать, что размер величины емкости конденсатора имеет зависимость от выбираемого типа модуляции и эксплуатационных условий. Исходя из этих условий, специалисты рекомендуют выбирать значение величины емкости конденсатора больше, чем полученная расчетным путем, делая поправку на условия эксплуатации.
Рабочая частота разных конденсаторов
