8. 8. Инверторы

ГЛАВА

8. 8.1. Инверторы, ведомые сетью

8.2. Автономные инверторы

8.3. Непосредственные преобразователи частоты

4. ТРЕХФАЗНЫЕ АВТОНОМНЫЕ ИНВЕРТОРЫ ТОКА

5. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ

Инвертированием называют процесс преобразования постоянного тока в энергию переменного тока. Все инверторы в зависимости от способов коммутации силовых вентилей преобразователя, взаимодействия с питающей сетью и по назначению можно разделить на основные группы:

1. Инверторы, ведомые сетью, осуществляют такое преобразование с передачей энергии в сеть переменного тока, то есть решают задачу обратную выпрямителю;

2. Непосредственные преобразователи частоты (НПЧ), предназначенные для одноступенчатого преобразования энергии переменного тока частоты f₁ в энергию переменного тока другой (обычно более низкой) частоты f₂.

3. Автономные инверторы – устройства, преобразующие постоянный ток в переменный с неизменной или регулируемой частотой и работающие на автономную нагрузку.

Каждая группа инверторов имеет свои особенности в режимах работы и конструктивном оформлении. Поэтому необходимо рассмотрение режимов работы и технико-экономических показателей провести отдельно.

Основой автономного инвертора является вентильное переключающее устройство, которое может выполняться по однофазным и трехфазным схемам.

В качестве ключей в автономных инверторах служат силовые транзисторы и одно- и двухоперационные тиристоры.

По структуре АИТ, АИН относятся к двухзвенным преобразователям, которые состоят из нерегулируемых или регулируемых источников постоянного тока (выпрямителей) и преобразователей частоты (инверторов).

При проектировании любых типов инверторов необходимо решать вопросы защиты от перенапряжений при коммутации токов нагрузки силовыми вентилями.

Цель главы – ознакомиться с общей структурой построения основных типов преобразователей частоты на базе полупроводниковой техники, изучение принципов построения силовой части и способов управления, условиями работы инверторов на разные виды нагрузки, условиями обеспечения электромагнитной совместимости и обеспечения высоких энергетических показателей.

После изучения главы необходимо знать

• Назначение основных элементов системы преобразования частоты.

• Методы регулирования выходного напряжения и частоты при инвертировании.

• Условия работы преобразователей при различных видах нагрузки.

• Принципы построения однофазных и трехфазных инверторов напряжения и тока.

• Влияние высших гармоник на питающую сеть переменного тока.

• Анализ выполнения условий по электромагнитной совместимости с питающей сетью.

8.Инверторы

8.1. Инверторы, ведомые сетью

Инверторы, ведомые сетью, осуществляют преобразование постоянного тока в переменный с передачей энергии в сеть переменного тока. На практике такие инверторы находят практическое применение в мощных энергетических установках, когда осуществляется передача электроэнергии от генерирующих источников с помощью системы постоянного тока.

В этом случае генерируемая электроэнергия с помощью повысительных трансформаторов трансформируется до сверхвысоких напряжений, затем с помощью выпрямителей преобразуется в постоянный ток и передается по линиям электропередачи постоянного тока.

На приемных подстанциях устанавливаются инверторные преобразователи, с помощью которых постоянный ток преобразуется в переменный с частотой принимаемой системы (50 Гц). По такой системе работает передача на постоянном токе для связи энергосистемы Украины с объединенной энергетической системой ОЭС Центра (Донбасс-Волгоград).

В некоторых случаях применяют так называемые вставки постоянного тока для обеспечения несинхронной параллельной работы ОЭС Сибири и ОЭС Востока (подстанция 220кВ Мочоча в Читинской энергосистеме ОЭС Сибири).

Подобная вставка постоянного тока существует для связи энергосистемы России и Финляндии. В этом случае энергия России с частотой 50 Гц с помощью ведомого инвертора сетью преобразуется в переменный ток частотой 60 Гц на Финской стороне.

Наибольшее распространение по применению получили инверторы, ведомые сетью в системах электропривода постоянного тока, когда с целью энергосбережения в тормозных режимах запасенная кинетическая энергия превращается в электрическую в генераторном режиме двигателя.

В электроприводе постоянного тока управляемый выпрямитель может работать в выпрямительном и инверторном режимах.

Режим работы определяет направление потока энергии. В выпрямительном режиме электрическая энергия, потребляемая из сети переменного тока, передается нагрузке в виде энергии постоянного тока.

В выпрямительном режиме работы управляемые тиристоры открываются при углах управления 0<α<, при этом большую часть времени они проводят ток в положительную часть периода ЭДС питающей сети.

Ток в вентильных обмотках большую часть времени работы тиристоров совпадает по направлению с их ЭДС (рис.8.2,а).

В электрической машине ток течет встречно к ее ЭДС (двигательный режим). Ток в цепи выпрямителя возникает под действием разницы е-Е_д, где е- ЭДС фаз вторичной обмотки трансформатора (е = е_а, е_в, е_с), Е_д - ЭДС электрической машины. Работа управляемого выпрямителя подробно рассмотрена в главе 2.

Для получения инверторного режима электрическую машину нужно включить таким образом, чтобы направление ее ЭДС совпадало с проводящим направлением тиристоров. Это можно обеспечить двумя способами:

1. Изменением полярности на якоре двигателя без изменения схемы соединения силовых управляемых вентилей (тиристоров или силовых транзисторов);

2. Переключением силовых вентилей для смены направления тока в отрицательный полупериод в силовых вентилях или устанавливать вторую обратную схему выпрямителя при сохранении полярности на якоре двигателя.