24. Преобразователи частоты (пч). Назначение, типы, основные характеристики в статическом и динамическом режимах работы.

Преобразователь частоты — преобразователь,предназ­наченный для преобразования тока одной частоты в ток другой частоты с возможным изменением значения напряжения и числа фаз [1|. Преобразователи частоты классифицируются по мощнос­ти, напряжению, числу фаз входного и выходного напряжений, схеме преобразования и т.д. Работа преобразователя и его техни­ко-экономические характеристики в основном определяются схе­мой преобразования. От схемы преобразования непосредственно зависят:

параметры выходного напряжения;

коэффициент мощности преобразователя по входу и выходу;

форма кривой переменного тока, потребляемого из питающей сети;

внешняя (нагрузочная) характеристика преобразователя;

КПД.

Преобразователи частоты выполняются с фиксированным со­отношением частот входного и выходного напряжений и с переменным их соотношением или с регулируемой частотой. Преобра­зователи с регулируемой частотой нашли широкое применение в области электропривода для регулирования частоты вращения асинхронных двигателей.

При классификации преобразователей частоты выделяют два основных типа:

1) преобразователи с промежуточным звеном постоянного тока (непрямой преобразователь);

2) преобразователи с непосредственной связью питающей сети и цепей нагрузки, которые в литературе иногда называют­ся преобразователями с неявно выраженным звеном постоян­ного тока.

Преобразователи на тиристорах с непосредственной связью подразделяются на преобразователи с естественной коммутацией тиристоров (под воздействием напряжения питающей сети), на­зываемые также циклоконверторами, и преобразователи с искус­ственной (принудительной) коммутацией тиристоров.

Современные радиотехнические и связные системы и устройства предъявляют все более жесткие требования к статическим (стабильность выходного напряжения, величина высокочастотных и низкочастотных пульсаций), динамическим (величина перерегулирования, время установления выходного напряжения при включении или отключении источника питания, скачкообразном изменении входного напряжения или нагрузки) и массогабаритным характеристикам вторичных источников электропитания.

25. Трехфазный пч с непосредственной связью. Привести схему и пояснить принцип работы, а также формулу для определения частоты.

Преобразователем частоты с непосредственной связью называется прямой преобразователь, т.е. преобразова­тель, в котором энергия источника переменного тока передается в нагрузку непосредственно на проводящих интервалах силовых ключей схемы преобразователя. Наиболее широкое практическое применение преобразователи, выполненные на тиристорах, на­ходят в электроприводе для управления низкоскоростными дви­гателями очень большой мощности. Основой силовой части таких преобразователей являются встречно-параллельно включенные группы тиристров, каждая из которых может работать в выпрями­тельном или инверторном режиме.

Рассмотрим принцип работы преобразователя с непосредствен­ной связью и естественной коммутацией на примере трехфазно-однофазной схемы (рис. 3.15). В схеме преобразователя можно выде­лить две группы тиристоров: I - катодную (VS1, VS2, VS3) и II — анодную (VS4, VS5, VS6). Допустим, что нагрузка Zн, — активная. Управляющие импульсы в процессе работы поступают на тирис­торы анодной и катодной групп поочередно. Когда управляющие импульсы, синхронизированные по частоте с напряжение пита­ющей сети, подаются последовательно на тиристоры VS1, VS2, VS3 катодной группы, она работает в режиме выпрямления (по трехфазной схеме со средней точкой), формируя на нагрузке по­ложительную полуволну напряжения относительно нулевого вы­вода трансформатора (см. рис. 3.15, 6). Управляющие импульсы поступают на тиристоры со сдвигом относительно линейных на­пряжений питающей сети на угол а. При работе тиристоров VS4_t VS5, VS6 анодной группы на нагрузке относительно нулевого

вывода трансформатора формируется отрицательная полуволна на­пряжения. В результате цикличной работы групп I и II на нагрузке создается переменное напряжение с частотой основной гармони­ки f₂ более низкой, чем частота питающей сети f₁.

Частота f₂ определяется временем, в течение которого прово­дят ток тиристоры каждой группы. Изменением угла а можно ре­гулировать выходное напряжение. Для исключения постоянной составляющей в напряжении на нагрузке времена работы анод­ной и катодной групп должны быть равны между собой. На рис. 3.15, 6 представлена диаграмма выходного напряжения при ак­тивной нагрузке. Из диаграммы видно, что тиристоры катодной группы вступают в работу только после снижения до нуля полу­волны напряжения, формируемой анодной группой, и наоборот. Это объясняется тем, что тиристор находится во включенном со­стоянии до тех пор, пока ток, протекающий через него (в рас­сматриваемом случае ток совпадает по фазе с напряжением), не спадет до нуля.

В трехфазно-однофазной схеме тиристоры каждой группы ком­мутируют между собой (внутри групповая коммутация) через ин­тервал времени, равный п/3. Поэтому без учета интервала комму­тации можно записать следующее выражение для длительности одной полуволны выходного напряжения:

где п — число участков синусоид в полуволне; п - 2п/3 — угол, обусловленный спаданием до нуля заднего фронта полуволны выходного напряжения.

В общем случае при числе фаз питающей сети, равном т, связь частот выходного и входного напряжений выражается соотноше­нием

где f₁, иf₂ — частоты входного и выходного (основной гармоники) напряжений.

Согласно (3.19) частота выходного напряжения f₂ может иметь только дискретные значения. Для плавного изменения этих значе­ния создается пауза между интервалами коммутаций групп I и II.

При активно-индуктивной нагрузке для рекуперации энергии, накопленной в индуктивности двигателя, тиристорные группы по­очередно переходят из выпрямительного в инверторный режимы. Для этого управляющие импульсы подаются на группу тиристо­ров в один полупериод с углом а, обеспечивая выпрямительный режим, а в другой полупериод с углом 3, обеспечивая соответствуюший инверторный режим. При этом на другую группу тири­сторов импульсы полаются в обратной последовательности — в первый полупериод согласно инверторному режиму, а во второй — выпрямительному.

Содержание высших гармоник в выходном напряжении может быть значительно уменьшено, если углы управления а и b изме­нять по арккосинусному закону

где к — отношение амплитуд напряжений на входе и выходе пре­образователя; to — частота выходного напряжения.

Из (3.20) следует, что при к = 1 углы а и и должны изменяться линейно во времени (т.е. арккосинусная функция в данном случае превращается в линейную функцию от б) от 0 до п/2.