4.1.3 Трифазний мостовий автономний інвертор струму

з відсікаючими діодами

Схема трифазного АІС з відсікаючими діодами (рис.4.8) побудована за тими ж принципами, що і однофазного. Особливість роботи схеми у перетворенні постійного струму джерела у змінний у трьох фазах навантаження. Це звичайно реалізується тим, що до джерела струму одночасно підключено лише дві фази навантаження (спрощена діаграма струмів подана на рис.4.9), тобто одночасно відкрито два тиристори з відповідними діодами.

Форма струму не залежить від навантаження, а залежить від порядку перемикань ключів інвертора. Для ідеального випадку - форма імпульсів струму навантаження (рис.4.9) прямокутна і тривалість імпульсів струму становить 2π/3, діюче значення першої гармоніки струму навантаження становить

. (4.7)

Діюче значення фазної напруги знайдемо виходячи із потужності навантаження, що дорівнює потужності у колі постійного струму

.

З урахуванням виразу (4.7 ) для першої гармоніки струму отримуємо

. (4.8)

Деякі особливості мають місце у процесі комутації. Нехай спочатку відкриті тиристориVS1, VS6 з діодами VD1, VD6 і струм тече у фазах А і С навантаження. Комутуючі конденсатори заряджені до напруги U_C з полярністю, що подана на рис.4.8 (С2 і С4 – розряджені). При вмиканні чергового тиристора VS2 (рис.4.8) до тиристору VS1 прикладена зворотна напруга з боку конденсатору С1, що призводить до його вимкнення. Постійний струм джерела перемикається на тиристор VS2, проте струм у фазі В навантаження відсутній оскільки діод VD2 вимкнений зворотною напругою з боку С1. Струм фази А замикається за паралельним гілками, що утворені конденсаторами С1 і С2, С3 (що з’єднані послідовно). Конденсатор С1 перезаряджається, напруга на ньому знижується. Доки напруга на С1 не зменшиться до 0 до тиристору VS1 прикладена зворотна напруга, що необхідно для відновлення запиральних властивостей. Коли напруга на С1 зрівнюється з лінійною и_АВ на навантаженні вмикається діод VD2 і починається комутація струму з фази А на фазу В. Струм у фазі А зменшується до 0, а у фазі В зростає таким чином, що їх сума постійна і дорівнює струму джерела. Конденсатор продовжує перезаряджатися до напруги -U_C, що має зворотну полярність до вихідної. При зменшенні струму через С1 до 0 діод VD1 вимикається – процес комутації завершено, струм джерела тече у фазі В. Конденсатор С3 розряджено до 0, С2 заряджається до напруги +U_C. До вмикання тиристору VS3 розряду конденсаторів на навантаження перешкоджають відсікаючи діоди. Наступні цикли комутації здійснюються аналогічно, з порядком перемикань, що задано на рис.4.9.

Приклад 4.3. Розрахувати трифазний мостовий АІС з відсікаючими діодами, що використовується для живлення двигуна змінного струму зР_НОМ=50 кВт,U_НОМ=380 В,η_НОМ=0.9, cosφ=0.8. Діапазон регулювання частоти f=5 – 50 Гц.

Розв’язання.

Номінальний струм і напругу двигуна прирівнюємо першій гармоніці

= 105.5 А.

Згідно з (4.7) значення струму у колі постійного струму

= 135.3 А.

Напругу у колі постійного струму визначимо з балансу активної потужності Р_НОМ=Р_d=U_dІ_d звідкиU_d=Р_НОМ/І_d=50000/135.3=369.5 В.

Середнє значення струму тиристорів і відсікаючих діодів, тривалість провідного стану яких становить Т/3, визначається як і у схемі КВ

І_VТCP= І_VDCP=І_d/3=135.3/3=45.1 А.

Максимальна напруга для вибору вентилів АІС визначається з урахуванням початкової (максимальної) напруги на комутуючих конденсаторах

U_СО=К_U·U_ЛНМ(1)=(1.8-2)√2·380=1000 В,

де: К_U1.8-2.0,U_ЛНМ(1)- амплітуда першої гармоніки лінійної напруги навантаження. Обираємо тиристори типу Т142-50-10 (t_ВІДН=8 мкс) і діоди типу Д132-50-10.

Відповідний кут β=2πf·t_ВІДН=0.00251 рад. (визначаємо для максимального значення частоти – 50 Гц), що становитьβ=0.144º. Обираємо значенняβ з запасомβ=5º.

Ємність конденсаторів у схемі АІС визначимо згідно (4.5). При цьому враховуємо, що конденсатори при наявності відсікаючих діодів забезпечують лише реактивну потужність на комутацію (кількість конденсаторів у схемі - 6). Таким чином

=0.000016 Ф=16 мкФ.

Згладжувальний дросель (реактор) обираємо з умови, що пульсації струму на вході АІС не перевищують 5%. Звичайно для живлення АІС використовують керований випрямляч за трифазною мостовою схемою. При цьому найбільша гармоніка на виході КВ – шоста. Амплітуда відповідної гармоніки (п.2.1.3) =2·369.5/35=21.11 В.

Амплітуда відповідної гармоніки струму становить І_m(6)=0.05I_d=6.77 А.

Індуктивність реактору =0.00166 Гн=1.66 мГн.

Слід відзначити, що чим більша індуктивність реактору тим краще.