
- •4 Автономні інвертори
- •Структура автономного інвертора
- •4.1 Автономні інвертори струму
- •4.1.1 Автономні інвертори струму на тиристорах, що не
- •4.1.1.1 Однофазна мостова схема автономного інвертора струму
- •Активно-індуктивне навантаження.
- •4.1.2 Однофазний мостовий автономний інвертор струму з
- •4.1.3 Трифазний мостовий автономний інвертор струму
- •4.1.2 Автономні інвертори струму на повністю керованих ключах
- •4.1.2.1 Автономний інвертор струму з формуванням в навантаженні
- •Можливі стани схеми аіс
- •4.1.2.2 Автономний інвертор струму у режимі джерела
- •4.2 Дворівневі автономні інвертори напруги
- •4.2.1 Базові схеми дворівневих автономних інверторів напруги
- •4.2.2 Формування і регулювання вихідної напруги
- •4.2.2.1 Формування напруги прямокутної форми
- •4.2.2.2 Використання широтно-імпульсної модуляції для
- •4.2.2.3 Перемодуляція як засіб підвищення вихідної
- •4.2.4 Однофазний мостовий інвертор
- •4.2.4.1 Формування вихідної напруги інвертору з
- •Значно покращити гармонійний склад вихідної напруги інвертору у порівнянні з біполярною шім дозволяє використання однополярної шім.
- •4.2.4.2 Формування вихідної напруги інвертору з використанням однополярної шім
- •Навантаження елементів схеми однофазного мостового аін за струмом.
- •4.2.5 Трифазний інвертор напруги
- •Розв’язання.
- •4.2.5.1. Трифазний інвертор з шім
- •4.2.5.2 Векторна шім
- •Цей недолік можна компенсувати використанням перемодуляції. У останній час розповсюдження знайшов інший метод, що отримав назву векторна шім (вшім) - Space Vector Pulse Width Modulation.
- •4.2.6 Недоліки дворівневих інверторів
- •4.3 Багаторівневі інвертори
- •4.3.1 Базові структури багаторівневих інверторів
- •4.3.2 Основні принципи формування вихідної напруги
- •4.3.2.1 Амплітудне регулювання
- •Діюче значення першої гармоніки фазної і лінійної напруги:
- •Гармонійний склад напруги
- •4.3.2.2 Вибіркове формування з заданим гармонійним складом
- •4.3.2.3 Попередня модуляція завдання гармоніками кратними трьом
- •Коефіцієнт гармонік вихідної напруги
- •4.3.2.4 Багаторівнева шім
- •4.3.3. Багаторівневі інвертори з декількома рівнями напруги
- •4.3.3.1. Трирівневий інвертор з фіксуючими діодами
- •Однофазний мостовий трирівневий аін.
- •Середнє значення струму тиристора ключа к2а (vtк2а)
- •4.3.3.2 Чотирирівневий інвертор з фіксуючими діодами
- •4.3.3.3 П’ятирівневий інвертор з фіксуючими діодами
- •4.3.4 Багаторівневі інвертори з плаваючими конденсаторами
- •4.3.5 Каскадні схеми з послідовним з’єднанням інверторів
- •4.3.6 Каскадні схеми з паралельним з’єднанням інверторів
- •4.3.6.1 Каскадні схеми з безпосереднім з’єднанням вихідних кіл
- •4.3.6.2 Каскадні схеми з вихідним підсумовуючим трансформатором
- •4.3.7 Асиметричні каскадні схеми багаторівневих інверторів
- •Кратність 1:1:4. Розв'язуються задачі перерозподілу завантаження аін для виключення циркуляції енергії і забезпечення мінімуму перемикань ключів аін3.
- •4.3.9 Схеми з «реактивною коміркою» та послідовним силовим
- •4.3.10 Каскадні схеми із з’єднанням інверторів через фази
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 UC
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
иАВ
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
-UC,
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 +UC.
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 зРНОМ=50 кВт,UНОМ=380 В,ηНОМ=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 РНОМ=Рd=UdІd звідкиUd=РНОМ/Іd=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
ІVТCP= ІVDCP=Іd/3=135.3/3=45.1 А.
Максимальна напруга для вибору вентилів АІС визначається з урахуванням початкової (максимальної) напруги на комутуючих конденсаторах
UСО=КU·UЛНМ(1)=(1.8-2)√2·380=1000 В,
де: КU1.8-2.0,UЛНМ(1)- амплітуда першої гармоніки лінійної напруги навантаження. Обираємо тиристори типу Т142-50-10 (tВІДН=8 мкс) і діоди типу Д132-50-10.
Відповідний кут β=2πf·tВІДН=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 Іm(6)=0.05Id=6.77 А.
Індуктивність
реактору
=0.00166
Гн=1.66 мГн.
Слід відзначити, що чим більша індуктивність реактору тим краще.