Инверторы с непосредственной связью (пчнс)

Преобразователем частоты с непосредственной связью (ПЧНС) или циклоинвертором называют тиристорный преобразователь, в котором выпрямление переменного напряжения источника энергии и преобразование этого выпрямленного напряжения в переменное требуемой (или регулируемой) частоты совмещено в одном тиристорном устройстве. Благодаря этому, в отличие от тиристорного преобразователя частоты (ТПЧ) со звеном постоянного тока, в циклоинверторе происходит однократное преобразование энергии, что обуславливает более высокие значения КПД, малые габариты и массу. Силовая часть ПЧНС более простая, более просто осуществляется обмен энергией между асинхронным двигателем и сетью, на основе ПЧНС более удобно строить мощные тиристорные электроприводы переменного тока (рис.8.10).

Недостатками ПЧНС являются: низкий коэффициент мощности, большой процент высших гармоник в выходном напряжении, сложность системы управления, зависимость выходной частоты от частоты сети питания и ограничение ее максимального значения (при 3-фазном питающей сети) величиной (0,25÷0,33) f₁. Последнее обстоятельство приводит к тому, что асинхронные приводы на базе ПЧНС имеют обычно сравнительно низкие синхронные скорости вращения.

Принцип работы и устройства регулируемого асинхронного привода при питании двигателя от сети переменного тока через ПЧНС поясним на примере простейшего из таких приводов, схема которого изображена на рис.8.10.

ПЧНС состоит из 6 групп 3-фазных нулевых тиристорных выпрямителей, соединенных попарно встречно-параллельно в обозначенных на рис.8.9 римскими цифрами

I-VI. Фазные обмотки асинхронного двигателя АД присоединены к парам встречно-параллельно соединенных выпрямителей через уравнительные реакторы УР.

Рис.8.10. Принципиальная схема трехфазного ПЧНС

Допустим, что в интервале времени в угловом измерении выходного напряжения ТПЧ система управления (СУ) открывает тиристорыI, IV и V преобразователей. При этом выпрямитель I подает на фазу А двигателя выпрямленное напряжение, равное , преобразовательV также подает на фазу С двигателя выпрямленное напряжение, равное , а преобразовательIV, присоединенный к фазе В двигателя, работает в инверторном режиме с максимально допустимым напряжением , пропуская токи фаз А и С двигателя в сеть. На рис.8.11 показаны напряжения фаз А, В и С асинхронного двигателя в период 0-2в виде постоянных пульсирующих напряжений (сглаженных уравнительными реакторами УР).

Рис.8.11. Форма выходного напряжения фаз ПЧНС

В следующий интервал СУ закрывает тиристорыI преобразователя и открывает тиристоры II преобразователя с углом управления, соответствующим инвертируемому напряжению, равному, тиристорыIV преобразователя – с углом управления, соответствующим инвертируемому напряжению и тиристорыV преобразователя - с углом управления, соответствующим выпрямленному напряжению. Дальнейшее переключение работы преобразователейI-VI видно на рис.8.11.

В результате сглаживания полученной ступенчатой кривой напряжения на зажимах двигателя напряжение и ток получаются близкими к синусоидальным. Первая гармоника напряжения показана на рис.8.11. С помощью СУ можно изменять частоту выходного напряжения ТПЧНС в пределах от (0,25÷0,33) f₁ до 0.

Уравнительные реакторы играют роль сглаживающих дросселей, они также ограничивают токи, возникающие между попарно соединенными 3-фазными преобразователями в период их переключений.

Практически в асинхронных электроприводах применяют более сложные СУ, например, с синусоидальным управляющим напряжением, при которых формы вторичного напряжения получаются более близкими к синусоиде.