Контрольные вопросы и задачи

1. Какая характеристика УВ называется характеристикой «вход-выход»?

2. Чем обусловлена нелинейность характеристики «вход-выход» УВ?

3. Какими средствами может обеспечиваться линейность характеристики “вход-выход” УВ?

4. Для чего необходима линейность характеристики “вход-выход” УВ?

11 Преобразователи частоты с непосредственной связью.

Реверсивный УВ позволяет изменять величину и знак выходного напряжения E_d и тока I_d и при этом обеспечивает энергообмен между питающей сетью и цепью нагрузки. Это позволяет использовать такое устройство для построения преобразователя частоты. В схему управления реверсивным УВ для этой цели добавляется устройство управления, формирующее на его выходе периодическое напряжение (ток) переменной амплитуды и заданной частоты.

Поскольку цепи нагрузки таких преобразователей в каждый момент времени связаны с питающей сетью только через вентили (тиристоры), то такие устройства однокаскадного преобразования получили название преобразователей частоты с непосредственной связью (ПЧНС). В иностранной литературе ПЧНС называют циклоконвертерами.

Далее будем рассматривать лишь схемы ПЧНС, выполненные на базе реверсивных УВ с раздельным управлением комплектами, т.е. без уравнительных реакторов. Только такие ПЧНС исполь-зовались в регулируемом электроприводе до появления силовых транзисторов и запираемых тиристоров, позволивших создать позднее более совершенные схемы преобразователей частоты.

Силовые схемы ПЧНС для однофазной нагрузки, очевидно, совпадают с силовыми схемами реверсивных УВ. Возможные варианты силовых схем ПЧНС для питания трёхфазной нагрузки на базе реверсивных УВ с раздельным управлением приведены на Рис.11.1.

На Рис.11.2 представлены временные диаграммы напряжений, поясняющие работу однофазного (либо одной из фаз трёхфазного) ПЧНС на активно-индуктивную нагрузку.

Из диаграмм следует, что длительность полупериода выходного напряжения ПЧНС складывается из целого числа периодов пульсации напряжения тиристорного комплекта nT_c/m и удвоенного времени спада выпрямленного напряжения этого комплекта 2t_сп = (Т_с/2) - (Т_с/m). Бестоковая пауза t_o, определяющая интервал времени для переключения комплектов реверсивного УВ с раздельным управлением на длительности периода выходной частоты не сказывается. Она может существенно влиять лишь на величину выходного напряжения (тока) ПЧНС в зоне максимальной выходной частоты. Учитывая это, можем записать

(Т_вых/2) = (nT_c/m) + 2t_сп = (nT_c/m) + [(Т_с/2) - (Т_с/m)] и, следовательно,

1 1

f_вых= ¾ = f_с ¾¾¾¾¾ . (11-1)

Т_вых 1+ (2n-2)/m

Рис.11.1 Варианты силовой схемы ПЧНС для питания трёхфазной нагрузки:

а) восемнадцативентильная схема ПЧНС на базе 3-х реверсивных нулевых трёхфазных УВ c m=3; б) схема с расщеплённой обмоткой двигателя на базе 3-х трёхфазных реверсивных мостовых схем УВ (m=6); в) схема с четырёхобмоточным трансформатором и тремя реверсивными мостовыми УВ (m=6).

Из (11-1) следует, что выходную частоту ПЧНС можно изменять только в меньшую сторону от значения f_c и только дискретно. Например, при m =3, f_c= 50Гц и n =1,2,3,4,5,… из (11-1) имеем значения f_вых= 50; 30; 21,43; 16,67; 13,64; 11,54; 10; 8,82; 7,9…Гц и т.д. Чем больше m тем меньше интервал дискретности выходных частот ПЧНС. Например, при m=6 ряд дискретных значений частот в том же интервале существенно возрастает f_вых= 50; 37,5; 30; 25; 21,43; 18,75; 16,67; 15; 13,64; 12,5; 11,54; …

Рис.11.2 Диаграммы выходного напряжения U_вых(t) и тока I_вых(t) ПЧНС с m = 3 и активно-индуктивной нагрузкой. f_вых = 21.43 Гц.

а)

б) ωt

Рис.11.3 Напряжение и ток на выходе ПЧНС (f_вых = 15Гц), формируемые с помощью комплектов «В» и «Н» реверсивного УВ. E_d, I_d – гладкие составляющие напряжения и тока; е_d(t) – выходное напряжение с учётом пульсациий в трёхфазной мостовой схеме реверсивного УВ; U_у, U_п – управляющее и пилообразное опорное напряжения.

1 Нумерация тиристоров на Рис.8.9а соответствует последовательности их включения на интервале периода сети.

2 При согласованном управлении комплектами режим прерывистых токов отсутствует.

160