
- •Современные силовые преобразователи мощных электроприводов
- •Общие сведения о современных частотно-регулируемых электроприводах
- •Область применения частотно-регулируемых электроприводов в горной промышленности
- •Основные законы скалярного управления частотно-регулируемых электроприводов
- •Эффективность применения частотно-регулируемых электроприводов
- •Частотно-регулируемый электропривод с вентильным двигателем
- •Частотно-регулируемые электроприводы российских изготовителей
- •Преобразователи частоты концерна abb
- •Серии acs600 на напряжение 380, 400 или 415 в
- •Серии acs1000 на напряжение 3,3 кВ
- •Серии acs800 на напряжение 400 в
- •Преобразователи частоты фирмы «siemens»
- •Серии midimaster
- •Серии micromaster
- •Преобразователи частоты компании «schneider electric»
- •Частотно-регулируемый электропривод технологических установок магистрального транспорта углеводородного сырья
- •По схеме вентильного двигателя мощностью 25 мВт
- •Серии sami megastar
- •Преимущества устройств плавного пуска по сравнению с традиционными пусковыми устройствами
- •Принцип действия и система управления
- •Диаграмма изменения напряжения на зажимах статора двигателя. Основные способы управления
- •Критерии выбора устройства плавного пуска
- •Особые случаи применения
- •Функции защит устройства плавного пуска и двигателя
- •Функции контроля
- •Программные средства настройки
- •Современная элементная база силовой электроники
- •Выпрямители
- •Инверторы
- •Преобразователи частоты
- •Реверсивные тиристорные преобразователи
- •Системы управления полупроводнковыми преоразователями
- •Драйверы igbt - транзисторов
- •Защита полупроводниковых преобразователей
- •Защита перегрузок по току
- •Ограничение скорости нарастания анодного тока
- •Ограничение скорости изменения анодного напряжения
- •Теплоотвод
- •Защита цепи управляющего электрода.
- •Схемная защита
- •Реверсивные электроприводы постоянного тока по системе тиристорный преобразователь - двигатель
- •Реверс по цепи якоря
- •Реверс по цепи обмотки возбуждения
- •Способы повышения коэффициента мощности элетропривода с полупроводниковыми преобразователями
- •Поочередное управление последовательно соединенными преобразователями.
- •Восьмиразрядные микроконтроллеры компании freescale semiconductor в корпусах с малым числом выводов
- •Модельный ряд мк
- •Три процессорных ядра hc08
- •Подсистема реального времени
Инверторы
Инвертированием называют процесс преобразования электрической энергии постоянного тока в переменный. Преобразователь, выполненный на базе полупроводниковых приборов и осуществляющий такое преобразование, называется инвертором.
Автономным (самокоммутируемым и независимым) инвертором является преобразователь, выходные параметры которого (форма, амплитуда, частота выходного напряжения) определяются схемой преобразователя, системой управления и режимом его работы в отличие от инвертора, ведомого сетью, выходные параметры которого определяются параметрами сети.
В автономных инверторах коммутация вентилей осуществляется либо включением и выключением полностью управляемых полупроводниковых приборов, либо с помощью устройств принудительной коммутации, входящих в состав схемы преобразователя и создающих коммутируемое напряжение, обеспечивающее включение не полностью управляемых полупроводниковых приборов.
Принцип действия автономного инвертора можно проиллюстрировать рис. 5.13, а. Если переключать попарно через полупериод T/2 ключи К1, КЗ и К2, К4, то график напряжения Uab на нагрузке будет прямоугольной формы с амплитудой Uab = U и частотой f = 1/T (см. рис. 5.13, б). При активной нагрузке форма кривой тока будет повторять кривую напряжения. В схеме рис. 5.13, а очень просто увеличить число фаз, для чего нужно добавить пару ключей и подключить нагрузку к точкам между ними (штриховые линии на рис. 5.13, а). В трехфазном варианте схема очень похожа на мостовой выпрямитель; разница состоит лишь в том, что источник питания и нагрузка поменялись местами.
Форму выходного напряжения и, следовательно, его гармонический состав можно менять, изменяя продолжительность включенного состояния tiи момент включения t` пары ключей (штриховая линия на рис. 5.13, б).
Процессы усложняются при активно-индуктивной нагрузке. При этом схема (рис. 5.13, а) окажется неработоспособной, поскольку при разрыве такой цепи напряжения на ключах достигнут бесконечно большой величины. Для обеспечения нормальной работы ключи шунтируют диодами, а источник питания, если его внутреннее сопротивление велико — конденсатором (рис. 5.14, а). При прямоугольной форме напряжения, кривые тока будут состоять из участков экспонент (рис. 5.14, б). Напряжение и ток имеют различную форму и гармонический состав, первые гармоники тока и напряжения сдвинуты относительно друг друга на некоторый угол.
Преобразование постоянного напряжения в переменное может осуществляться с использованием всех типов силовых полупроводниковых ключей. За последние годы в области средних и больших мощностей до 1000 кВт начинают широко применяться инверторы на IGBT. Несмотря на более высокую стоимость по сравнению с традиционными тиристорами, они представляют разработчикам более широкие возможности формирования напряжения и тока.
По характеру процессов, протекающих в автономных инверторах, их разделяют на инверторы напряжения (АИН) и инверторы тока (АИТ).
Инвертор напряжения — инвертор, питаемый от цепи постоянного тока с преобладающими свойствами (характеристиками) источника напряжения.
Схема (см. рис. 5.14, а) представляет собой инвертор напряжения, именно оно формируется принудительно, а ток существенно зависит от нагрузки. В схеме АИН источник постоянного напряжения подключен непосредственно к ключевым элементам, которые периодически с изменением полярности подключают это напряжение к нагрузке. В результате нагрузка питается переменным напряжением. Нагрузка в этом случае должна носить индуктивный или активно-индуктивный характер.
Для устранения перенапряжений на элементах схемы при коммутации ключей часть энергии, накопленной в индуктивной нагрузке, возвращают в цепь источника постоянного напряжения. С этой целью ключевые элементы шунтируют быстро восстанавливающимися диодами, включенными «обратно» по отношению к полярности питающего источника. Такие диоды называют «обратными» диодами. Последние обеспечивают путь для протекания тока на интервалах времени, на которых знаки тока и напряжения противоположны.
В АИН с трехфазным выходом минимальное число управляемых ключей равно шести (рис. 5.15, а). Номера ключей соответствуют очередности вступления их в работу, представленной на диаграмме (рис. 5.15, б). Логика работы ключей: в каждой фазе обязательно должен быть замкнут один и только один из ключей в каждой паре (S1 или S4; S3 или S6; S5 или S2). В том случае, когда длительность открытого состояния каждого ключа равна π (и, следовательно, в открытом состоянии всегда находятся три ключа) кривые фазных Ua0, Ub0, Uc0 и линейного напряжения Uab, при соединении нагрузки по схеме звезда, имеют вид, показанный на рис. 5.15, в и г.
В выходном напряжении трехфазного мостового инвертора отсутствуют гармоники, кратные трем. Относительное значение 5-й гармоники равно 20 % основной, 7-й - 14,3 %, 11-й - 9 %, 13-й - 7,7 % и т.д.
С появлением мощных IGBT и
IGCT стало возможным построение инверторов
напряжения по многоуровневым схемам
с ШИМ-управлением. Наибольшее
распространение в мировой практике для
электроприводов среднего напряжения
получила схема трехуровневого
(трехточечного) инвертора, называемая
NPC (neutral point clamp), позволяющая при
использовании полупроводниковых
приборов класса напряже
Рисунок
1
н
Достоинствами АИН являются: жесткая внешняя характеристика, независимость формы выходного напряжения от параметров нагрузки, возможность работы при переменной частоте и, в частности, при низких и сверхнизких частотах (единицы и доли герца).
Инвертор тока — инвертор, питаемый от цепи постоянного тока с преобладающими свойствами источника тока.
Внешне АИТ похожи на АИН, имеют аналогичную структуру (рис. 5.16, а), однако процессы в них существенно различаются. Основное различие — в способе питания: на входе АИТ включен реактор Ld, индуктивность которого достаточна для поддержания тока нагрузки практически неизменным в течение полупериода выходной частоты АИТ. Таким образом, в АИТ задается мгновенное значение тока и он получает питание от источника тока. Напряжение — зависимая переменная (рис. 5.16, б). Индуктивность сглаживающего реактора Ld оказывает существенное влияние на динамические характеристики АИТ. В частности, чем меньше Ld, тем меньше всплески и провалы напряжения на выходе АИТ при скачкообразном изменении нагрузки на его выходе.
В АИТ ключевые элементы изменяют направление тока в нагрузке (но не его мгновенное значение), так что нагрузка
п
итается
как бы от источника тока, что и нашло
свое отражение в соответствующей
терминологии — инвертор тока.
Нагрузка АИТ, как правило, носит емкостной характер (см. на рис. 5.16, а конденсатор Ск), так как при индуктивной нагрузке из-за скачкообразного изменения тока возникли бы перенапряжения, нарушающие нормальную работу схемы.
К числу достоинств АИТ относится сравнительно хорошая форма кривой выходного напряжения при наличии на выходе параллельного конденсатора. Основными недостатками АИТ являются падающая внешняя характеристика и зависимость величины и формы кривой выходного напряжения от частоты, в связи с чем обычно АИТ используется в диапазоне частот от 50 до 1000 Гц.