2.1.4 Расчет фильтра

Коэффициент пульсаций на входе фильтра (отношение амплитуды на­пряжения к среднему значению):

, (2.26)

т - пульсность схемы выпрямления (т = 6 для 3-фазной мостовой схе­мы, т = 2 для 1-фазной мостовой схемы).

Параметр сглаживания LС – фильтра, ГнФ:

, (2.27)

- коэффициент сглаживания по первой гармонике;

f_S - частота сети, Гц.

Параметр сглаживания С – фильтра, ГнФ:

, (2.28)

где L_s - индуктивность сети, приведенная к звену постоянного тока.

Значения коэффициента сглаживания S лежат в диапазоне от 3 до 12.

Индуктивность дросселя LC - фильтра для обеспечения коэффициента мощности на входе выпрямителя К_М=0,95 определяется из следующих условий, Гн:

, (2.29)

, (2.30)

где I_d - номинальный средний ток звена постоянного тока, А.

В трехфазных инверторах с ШИМ по синусоидальному закону реактивная энергия полностью скомпенсирована по выходной частоте. Это означает, что К_М зависит преимущественно (без учета запаздывания открывания вентилей) от индуктивности фильтра L₀ и индуктивности питающей сети L_S.

Рис. 17. Зависимость К_М = f(L₀/L_0мин) для трехфазного

Мостового выпрямителя

Величина минимальной индуктивности L_0мин фильтра определяется из (2.30). Из рис. 17 видно, что для обеспечения К_М = 0,95 необходимо иметь индуктивность дросселя фильтра .

Емкость конденсаторов, необходимая для протекания реактивного тока нагрузки инвертора, находится из выражения, Ф:

, (2.31)

I_sm1 - амплитудное значение тока в фазе двигателя, A;

- угол сдвига между 1-ой гармоникой фазного напряжения и фазного тока;

q_1вых - коэффици­ент пульсаций;

f_sw - частота ШИМ, Гц.

После выбора типа фильтра LC или С рассчитывается емкость конденсаторов С₀₁ или С₀₂ и сравнивается с емкостью С₀₃, рассчитанной по (2.31). Для практической реализации фильтра используют конденсаторы с наибольшим значением емкости С₀,_i (i = 1, 2 или 3).

Амплитуда тока через конденсаторы фильтра на частоте пульсаций выпрям­ленного тока (по 1-ой гармонике):

(A). (2.32)

Далее, в зависимости от величины С_0,i и амплитуды тока формируется батарея конденсаторов на емкость не менее С_0,i и допустимым по амплитуде током более напряжением не менее 800 В для 3-фазной мостовой схемы или 400 В для 1-фазной мостовой схемы выпрямителя. Запас по току берется в зависимости от требуемого ресурса работы инвертора.

Например, для преобразователя частоты на мощность двигателя 55 кВт С_0,i = 5540 мкФ (32 конденсатора по 680 мкФ/400 В, включенных парами последовательно для повышения рабочего напряжения - всего 16 пар), а на мощность 2,2 кВт - С_0,i = 235 мкФ (2 конденсатора 470 мкФ/400 В, включенных последовательно). Однако по цене, удобству распределенного размещения электролитических конденсаторов в преобразователе для уменьшения индуктив­ности монтажа, ремонтопригодности, доступности приобретения «батарея» из «мелких» конденсаторов может оказаться более предпочтительной, чем применение «крупных» конденсаторов.