15.2 Схемы на базе аин с однофазным выходом.
Используя уже освоенную элементную базу и, разработанные под неё, схемные решения можно обеспечивать частотное регулирование трёхфазных двигателей переменного тока с более высоким номинальным напряжением. Например, в схеме на Рис.15.7 с помощью трёх инверторных ячеек и трёх изолированных источников постоянного тока с величиной Ed=930 вольт можно организовать управление машиной переменного тока с номинальным линейным напряжением Uлн= 1140 В.
Рис.15.7 Трёхфазный АИН на базе трёх инверторов с однофазным выходом.
Если у нагрузки доступны оба конца каждой из 3-х фаз, то они просто подключаются к выходам соответствующих однофазных мостов, которые в этом случае могут получать питание от одного общего источника Ed (рис.15.8).
Рис.15.8 Трёхфазный АИН на базе трёх однофазных и инверторов с однофазным выходом и с «расщеплённой» нагрузкой.
По сравнению с трёхфазной мостовой схемой (Рис.15.1) оба решения позволяют обойтись меньшим значением напряжения в звене постоянного тока Ed и, следовательно, использовать менее высоковольтные ключи.
К недостаткам обеих схем следует отнести в два раза большее количество полупроводниковых ключей. В схеме Рис.15.7 к тому же требуется 3 изолированных источника напряжения Ed, а в схеме Рис.15.8 для подключения нагрузки кабель с 6-ю жилами. Следует также учитывать, что трёхфазная система на Рис.15.8 может оказаться неуравновешенной, если сумма гладких составляющих из-за погрешности в управлении не удовлетворяет условию
uA +uВ +uС = 0.
В фазных токах тогда могут появиться гармоники нулевой последовательности, дополнительно загружающие ключи инвертора и искажающие поле электрической машины или повышающего трансформатора. Исключить их можно, используя три однофазных выходных трансформатора. При соединении их вторичных обмоток в звезду (Рис.15.9) исключается возможность для протекания в нагрузке токов нулевой последовательности и одновременно обеспечивается более удобное согласование выходных напряжений АИН и высоковольтной нагрузки.
Рис.15.9. Вариант АИН для трёхфазной нагрузки с повышающими трансформаторами.
Трансформаторы, однако, не допускают формирования на выходе АИН «нулевой» частоты, что бывает необходимо в электроприводе с глубоким регулированием скорости двигателя.
К недостаткам схемы Рис.15.9 следует отнести также и высокий уровень напряжения на выходных клеммах вторичных обмоток, который вместе с основной (полезной) гармоникой содержит высокочастотную составляющую в виде прямоугольных импульсов тактовой частоты. Её негативное влияние, усиленное повышающим трансформатором (Ed Ктр), проявляется в быстром старении изоляции обмоток двигателя и трансформатора, а также в появлении нежелательных емкостных токов через подшипники двигателей, которые вызывают их усиленную коррозию. Для защи-ты от высокочастотных напряжений приходится устанавливать достаточно громоздкие «синусные» фильтры.
Более эффективным считается способ наращивания количества ячеек, путём последовательного соединения их выходов (Рис15.10). Достоинством этого способа является использование типовых схем-ных и конструктивных решений в ячейках и простота наращивания выходного напряжения и мощности преобразователя. Недостаток – необходимость в большом количестве изолированных друг от друга источниках напряжения Ed, для которых нужны достаточно слож-ные многообмоточные трансформаторы.
Сложность трансформатора позволяет получить, однако, более весомые преимущества по сравнению с другими схемными вариантами. Инофирмы уже освоили выпуск электроприводов на базе многоячейковых ПЧ в диапазоне мощностей от 200 до 10000 кВт и напряжений 3, 6 и 10 киловольт.
Рис.15.10.
Силовая схема многоуровневого ПЧ с
последователь-ным соединением ячеек
из инверторов с однофазным выходом.
Ячейки (Рис.15.12) соединяются последовательно через выходные зажимы а и б и управляются по оптоволоконной линии связи, формируя в каждой фазе высоковольтной нагрузки (Рис.15.10) суммарное напряжение синусоидальной формы (гладкую составляющую). Для этого используются возможности широтно-импульсной и ступенчатой (амплитудной) модуляции.
Если р- количество ячеек в одной фазе многоуровневого пре-образователя (Рис.15.10), то справедливы следующие соотношения:
n=2p+1 – количество уровней выходного фазного напряжения преобразователя (UA0, UB0, UC0);
к=4р+1 – количество уровней выходного линейного напряжения (UAB, UBC, UCA);
h=4n-3=8р+1 – количество уровней фазного напряжения на нагрузке (UA0’, UB0’, UC0’)
Рис.15.11. График линейного напряжения многоуровневого ПЧ с последовательным соединением двух силовых ячеек в фазе.
На Рис15.11 приведена примерная форма линейного напряжения на выходе такого преобразователя при р=2.
Рис.15.12. Силовая ячейка с однофазным выходом для много-уровневого ПЧ; В-выпрямитель, АИН- инвертор, Сф-фильтр, ДН- датчик напряжения, СУ-система управления, БП-блок питания.
Каждая ячейка (Рис.15.12) получает питание от индивидуального неуправляемого трехфазного выпрямителя с фильтром Сф ( источ-ника Ed). Выпрямители ячеек в свою очередь питаются от вторичных обмоток специального трёхфазного многообмоточного трансформатора.
К достоинствам такой силовой схемы следует отнести высокую помехозащищённость, обусловленную оптоволоконным каналом связи, и высокий уровень гальванической развязки за счёт конструктивной компоновки силовых элементов на «хорошо» изолированном охладителе ячейки.
Использование однотипных ячеек создаёт и значительные техно-логические удобства в производстве и в эксплуатации таких ПЧ.