31. Преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного напряжения.
Источником постоянного напряжения для инверторов может служить аккумулятор, например в установках гарантированного питания. Однако чаще всего источником энергии является промышленная сеть переменного тока (одно- или трехфазная с частотой 50 Гц), когда постоянное напряжение, необходимое для инвертора, получается с помощью выпрямителя. В результате образуется составной (двухзвенный) преобразователь, называемый обычно преобразователем частоты со звеном постоянного тока (ПЧ со ЗПТ), в котором имеет место двукратное преобразование энергии; такой преобразователь, входная сеть которого имеет частоту f1 (как правило, 50 Гц) и число фаз m1 (как правило, 1 или 3), выходная сеть – частоту f2 (зависящую от назначения преобразователя и, как правило, регулируемую) и число фаз m2 (как правило, 1 или 3), показан на рис. 1. Так как форма кривых тока и напряжения, получаемых на выходе выпрямителя, в большинстве случаев не пригодна для непосредственного питания инвертора из-за большого содержания высших гармонических обычно между выпрямительным устройством 1 и инвертором 3включают дополнительные элементы, которые образуют звено постоянного тока 2.
Важнейшей составной частью звена постоянного тока является сглаживающее и развязывающее устройство, которое в зависимости от типа используемого инвертора состоит из реактора и конденсатора (для инвертора напряжения) или только из одного сглаживающего реактора (для инвертора тока).
В заключение несколько замечаний о выпрямителе 1. Если не требуется режим рекуперации, т. е. возврат энергии из цепи нагрузки во входную сеть, для питания инвертора напряжения может применяться неуправляемый выпрямитель, в котором регулировка выходного напряжения осуществляется внутренними средствами, например за счет изменения длительности импульсов напряжения. При использовании регулируемого трансформатора или регулятора постоянного напряжения (звено 1.2на рис. 1) неуправляемый выпрямитель можно применять и для питания нерегулируемого инвертора, при этом выходное напряжение последнего регулируется путем изменения питающего напряжения. Однако, в случае регулируемого трансформатора получается низкое быстродействие или же за счет потерь мощности при дополнительном преобразовании энергии в регуляторе снижается КПД. В то же время использование неуправляемого выпрямителя выгодно из-за незначительного потребления от питающей сети реактивной мощности и токов высших гармоник.
32. Принцип работы непосредственного преобразователя часоты.
В преобразователях с непосредственной связью электрический привод представляет собой управляемый выпрямитель. Система управления поочередно отпирает группы тиристоров и подключает статорные обмотки двигателя к питающей сети. Таким образом, выходное напряжение преобразователя формируется из «вырезанных» участков синусоид входного напряжения. Частота выходного напряжения не может быть равна или выше частоты питающей сети. Она находится в диапазоне от 0 до 30 Гц. Как следствие - малый диапазон управления частотой вращения двигателя (не более 1 : 10). Это ограничение не позволяет применять такие преобразователи в современных частотно регулируемых приводах с широким диапазоном регулирования технологических параметров.
Использование незапираемых тиристоров требует относительно сложных систем управления, которые увеличивают стоимость преобразователя. «Резаная» синусоида на выходе преобразователя с непосредственной связью является источником высших гармоник, которые вызывают дополнительные потери в электрическом двигателе, перегрев электрической машины, снижение момента, очень сильные помехи в питающей сети. Применение компенсирующих устройств приводит к повышению стоимости, массы, габаритов, понижению КПД системы в целом.
Т
аким
образом, выходное напряжение
преобразователя формируетсяиз
«вырезанных» участков синусоид входного
напряжения. На рис.5. показан пример
формирования выходного напряжениядля
одной из фаз нагрузки. На входе
преобразователя действует трехфазное
синусоидальное напряжение uа, uв, uс.Выходное
напряжение uвых имеет
несинусоидальную «пилообразную» форму,
которую условно можно аппроксимировать
синусоидой (утолщенная линия). Из рисунка
видно, что частота выходного напряжения
не может быть равна или выше частоты
питающей сети. Она находится в диапазоне
от 0 до 30 Гц. Как следствие малый диапазон
управления частоты вращения двигателя
(не более 1 : 10). Это ограничение не
позволяет применять такие преобразователи
в современных частотно регулируемых
приводах с широким диапазоном
регулирования технологических
параметров.
Использование не запираемых тиристоров требует относительно сложных систем управления, которые увеличивают стоимость преобразователя.
«Резаная» синусоида на выходе преобразователя является источником высших гармоник, которые вызывают дополнительные потери в электрическом двигателе, перегрев электрической машины, снижение момента, очень сильные помехи в питающей сети. Применение компенсирующих устройств приводит к повышению стоимости, массы, габаритов, понижению к.п.д. системы в целом.
Наряду с перечисленными недостатками преобразователей с непосредственной связью, они имеют определенные достоинства. К ним относятся:
- практически самый высокий КПД относительно других преобразователей (98,5% и выше),
- способность работать с большими напряжениями и токами, что делает возможным их использование в мощных высоковольтных приводах,
- относительная дешевизна, несмотря на увеличение абсолютной стоимости за счет схем управления и дополнительного оборудования.