Лекція 27.

Автономні інвертори.

АЇ – пристрої, що перетворюють постійний струм в змінний з незмінною або регульованою частотою і що працюють на автономне (не пов'язану з мережею) навантаження. У цьому головна відмінність АЇ від ведених (ВІ), які працюють на мережу змінного струму (і яка їх «веде»). Навантаженням АЇ може бути одиничний споживач.

Основа АЇ – вентильний перемикаючий пристрій. Модель однофазного АЇ показана нижче (мостового).

У схемі АЇ ключі – транзистори, тиристори. Крім того є елементи для комутації ключів (конденсатори). Вони також визначають форму вихідної напруги.

У зв'язку з цим АЇ підрозділяють на:

АЇН – АЇ напруги;

АЇТ – АЇ струму;

ЛЕПЕХА – АЇ резонансні.

Робота однофазної схеми АЇН (див. вищий) .Она харчується від випрямляча. На вході АЇН включений конденсатор великої ємкості (шунтування змінної складовою), що додає йому властивості поточника напруги. Форма напруги на виході визначається алгоритмом перемикання ключів. У простому випадку включені К1, К2, а потім К3, К4. На виході АЇП виходить прямокутна напруга. При використанні одно-операционных тиристорів є елемент для комутації а при використанні два операційних тиристорів немає (елементів).

У АЇТ ємність З включено паралельно навантаження, а послідовно з АЇТ на вході включений дросель L, що додає джерелу живлення властивості джерела струму. Крива вихідної напруги формована при вкл. К1, К2, а потім К3, К4 і є ділянками експонент заряду і розряду З (див. мал. вищий). АЇТ виконують тільки на одно-операционных тиристорах.

У ЛЕПЕХУ конденсатор вкл. як послідовно, так і паралельно з навантаженням. Тут має місце коливальний процес перезаряду конденсатора в ланцюзі джерела живлення і індуктивності, що введеної або є у складі навантаження. У зв'язку з цим струм в ланцюзі навантаження наближається до синусоїди (див. мал. вищий). Окрім формування струму в навантаженні З грають роль що комутують елементів.

Сфери застосування АЇ:

1. живлення споживачів ~ струму (АЇН, АЇТ) там, де джерелом живлення є акумуляторна батарея (бортові системи живлення), а також джерела резервного живлення;

2. електротранспорт (АЇН, АЇТ), що харчується від мережі постійного струму, але що має приводні двигуни ~ струму;

3. електропривод з асинхронним і синхронним двигунами АЇН, АЇТ де інвертор – джерело регульованої напруги і частоти;

4. перетворювачі постійної напруги однієї величини в постійну напругу іншої величини (АЇН, АЇТ, ЛЕПЕХА);

5. пристрою для отримання змінного струму від джерел прямого перетворення енергії (Термо і фотоелектричні генератори, МГД- генератори і так далі), що виробляють енергію на постійному струмі (АЇН, АЇТ, ЛЕПЕХА);

6. електротермія (Аїт,аїр) для отримання змінного струму підвищеної частоти (плавка, нагріваючи, гарт металу).

До АЇ часто пред'являється вимога не тільки прямої, але і зворотної передачі енергії (рекуперативне гальмування ПЕКЛО).

Ю.С. Забродін. Промислова електроніка. Москва, “Вища школа”, 1982.

Формування і регулювання вихідної напруги одне фазних АЇН.

О.ф. АЇН найчастіше виконують по мостовій схемі. Шунтуючі діоди служать для пропускного струму LR навантаження на інтервалах, коли струм має напрям зворотне для тиристорів. Це діоди зворотного (реактивного) струму. Формування вихідної напруги інвертора (ВНІ), характеризується процесами в головних ланцюгах інвертора при завданні інтервалів провідності.

Тут не розглядається вплив процесів примусової

комутації (ці елементи тут не показано).

1^{й вигляд – ШИР із залежною від параметрів навантаження формою кривої ВНІ. При цьому ? змінюється від 00 до 1800 і є період ?=?*Т/2- ?, коли всі тиристори замкнуті. Проте із-за L в період ? UН=0.}

2^{й вигляд – ШИР з не залежною від параметрів навантаження формою кривої ВНІ. Цей режим забезпечується тим, що при навантаженні (?) забезпечується одночасна провідність тиристорів анодної або катодної групи. При цьому в час ? UН=0. ВНІ регулюється від 0 до найбільшого значення при зміні кута ? від 00 до 1800, амплітуди гармонік при цьому рівні.}

Um?=4*E/?*?*sin*?*?/2,

Де ?=1,3,5,7,9. .

При зміні кута ? змінюється гармонійний склад ВНІ. Для поліпшення гармонійної складової збільшують число к>2.

Для зменшення змісту вищих гармонік використовують спосіб ШИР, при якому крива ВНІ формується у вигляді імпульсів, промодельованим по синусоїдальному закону. Тут можна реалізувати одновимірну або двомірну ШИМ.

При двомірній ШИМ виключити визначення гармоніки (3,5,7 і так далі). Тому цей метод називається – виборче виключення гармонійних. Метод грунтується на завданні фіксованих кутів ?1, ?2.

При ?1=23.620, ?2=33.30 – відсутні 3-а і 5-ягармоники.

При ?1=16.250, ?2=22.070 – відсутні 5-а і 7-ягармоники.

В усякому разі виключення гармонійних невисокого порядку (3-я,5-я) має величезне значення. Вищі гармоніки легко фільтруються.

Трифазні АЇН. Способи формування і регулювання ВНІ.

Ці АЇН виконують по мостовій схемі.

0

φ

А)

Ψ=1809

Б)

К=4

(ШИР)

Для цих схем використовують ті ж 2 способи формування ВНІ, що і для однофазних АЇН: ?=1800 і ШИР різним значенням До.

Для способу ?=1800 нижча гармоніка 5-а (5-а – 20%, 7-а – 14.3%). Регулювання вихідної напруги проводиться зміною величини Е.

Для способу ШИР прагнуть збільшити число для поліпшення гармонійного складу.

Лекція 28

Безпосередні перетворювачі частоти (НПЧ).

НПЧ призначені для одноступінчатого перетворення енергії змінного струму частоти f1 в енергію змінного струму іншої (зазвичай нижчою) частоти f2. У НПЧ крива вихідної напруги складається з ділянок напруги мережі завдяки здійсненню за допомогою тиристорів безпосереднього зв'язку ланцюга навантаження з 1-о або 3-х ф. входом і з 1-о або 3-х ф. виходом. Зазвичай НПЧ живлять від 3-х ф. мережі для отримання якіснішої форми вихідної напруги.

За принципом дії НПЧ подібні два комплексним реверсивним перетворювачами тиристорів. Їх схеми аналогічні . Приклад схема трифазно-однофазного НПЧ (навантаження-індуктор низькочастотного нагріву, ПЕКЛО при 3-х ф. виході, мережа змінного струму частоти f2 і так далі).

4

1

3

5

6

8

L₁

L₂

L₃

L₄

4

5

6

1

3

5

Z_H

U_H, f₂

1

2

Вихід напруга формується при тій же послідовності включається в роботу тиристорів обох груп 1,2, що і при роботі реверсивного випрямляча – 1,2,3,4,5,6. . При цьому UН близька формою до синусоїди і містить пульсації вищих гармонік.

При чисто активному навантаженні групи 1 і 2 працюють по черзі при гармонійній зміні кутів управління ?1(900 - 00) і ?2(900 - 1800). Робота системи пов'язана в цьому випадку тільки із споживанням енергії від мережі або через групу 1 або через групу 2.

У разі активно-індуктивного навантаження є моменти, коли UН і iН знаходяться в протифазі (0 – ?2*t1, ? - ?2*t2). При цьому в інтервалах :

?2*t1 – ? – 1 випрямний режим (ВР)

? - ?2*t2 – 1 инверторный режим (ІР)

?2*t2 – 2? – 2 ВР

0 – ?2*t1 – 2 ІР.

У ІР енергія запасена в реактивних елементах віддається в мережу f1.

У НПЧ набуло найбільшого поширення узгоджене роздільне управління групами тиристорів, чим узгоджене сумісне управління із-за труднощів обмеження управительного струму. При роздільному управлінні групи тиристорів працюють по черзі і необхідність в обмежувальних реакторах відпадає. Режим роботи кожної вентильної групи визначається полярністю

UН і напрямом струму iН. Тут також, в реверсивному перетворювачі здійснюють затримку в подачі відмикаючих імпульсів на тиристори вступаючої в роботу групи, що необхідне для виключення до. з. вторинних обмоток тиристора, через тиристори обох груп. Так, після роботи групи тиристора 1 у ВР, а потім в ІР, у момент часу ?2*t2 сигнали управління знімаються з групи тиристора 1 і через час паузи (визначаються часом виключення t в тиристорів) подають імпульси управління на групу тиристора 2. Ця затримка невелика (близько 10 несучої, мережевої частоти f1) і по цьому при аналізі роботи НПЧ не враховується.

Узгодженість режиму роздільного управління групами тиристорів визначається співвідношенням:

?1 + ?1=1800

Для перетворювача тиристора постійного струму справедливий вираз для середнього значення напруги Ud:

Ud= Ud0*cos*?

Вихідну напругу НПЧ UН можна представити у вигляді суми середнього значення напруги напруги + пульсації. Якщо нехтувати пульсаціями, то:

UН= UHM0*cos*?1(t)

де UHM0 – максимальна вихідна напруга при ?1=00,

?1(t) – періодична функція зміни в часі кута ?1.

Задаючи закон зміни ?1(t) можна отримати зміну UН по необхідному закону.

Визначимо закон зміни ?1(t) при синусоїдальній зміні вихідної напруги.

UН= UHM0*sin* ?2*t.

Спільно вирішуючи два останні рівняння отримаємо для ?1=(00 – 900) і ?2=(1800 – ?1):

?1=arccos*(?*sin* ?2*t)

?2=arccos*(-?*sin* ?2*t)

де ?= UHM/ UHM0 – коефіцієнт глибини регулювання амплітуди вихідної напруги. Зміна кутів ?1 і ?2 при різних значеннях ? показані на діаграмі вище.

Зменшення величини ? дозволяє здійснювати зміну амплітуди вихідної напруги.

Управління величини згідно із законом arccos пов'язане безпосередньо з рівнянням системи управління. Тому, якщо до форми вихідної напруги немає особливих вимог використовують простіший для СУ закон управління -–трапецеидальный. Така ж форма вихідної напруги.

Трифазні перетворювачі виконують на основі трьох однофазные. Перетворювачі можуть виконаються регульованими по частоті.

Нижня межа регулювання частоти може бути близький до нуля, а верхній обмежується співвідношенням f1/f2>2. Розгляд верхньої межі регулювання частоти досягають збільшенням f1 (наприклад f1=400 Гц). При f1=400Гц, f1=0?(150 – 180)Гц.