Способы регулирования выходного напряжения преобразователей частоты
Применяют ПЧ с АИН, отличающиеся методом регулирования напряжения (3 варианта):
1. Амплитудное регулирование напряжения с помощью управляемого выпрямителя (рис. 1.2, а);
2. Амплитудно-импульсное регулирование напряжения с помощью неуправляемого выпрямителя и широтно-импульсного преобразователя на входе автономного инвертора (рис. 1.2, б);
3. Широтно-импульсная модуляция (ШИМ), осуществляемая в АИН, который в этом случае выполняет функции регулятора напряжения и частоты (рис. 1.2, в).
При амплитудном регулировании напряжения ПЧ состоит из управляемого тиристорного выпрямителя, фильтра и автономного инвертора (регулирование напряжения и частоты осуществляется раздельно).
Управляемый выпрямитель работает точно так же, как в приводе постоянного тока. При малых напряжениях его коэффициент мощности ухудшается, и содержание гармонических составляющих в выходном напряжении увеличивается. Поэтому для сглаживания выпрямленного напряжения в цепь постоянного тока приходится включать фильтр, который снижает быстродействие преобразователя.
Рисунок 1.2- Схемы преобразователей частоты с автономным инвертором напряжения
В этом случае для обеспечения заданного соотношения U/f используются замкнутые САР напряжения.
Недостатком ПЧ с управляемым выпрямителем является низкий коэффициент мощности для сети, необходимость фильтрации выпрямленного напряжения, что увеличивает габариты и массу ПЧ и ухудшает его динамические показатели. Кроме того, для обеспечения заданного соотношения U/f должна использоваться замкнутая САР напряжения.
|
|
|
При втором варианте ПЧ регулирование напряжения на входе АИ осуществляется с помощью импульсного регулятора на выходе неуправляемого выпрямителя (тиристорного либо транзисторного ШИП), обеспечивающего на выходе напряжение в виде серии прямоугольных импульсов за счет изменения длительности проводящего и непроводящего периодов вентилей. После фильтрации это напряжение подается на вход автономного инвертора. Импульсные регуляторы имеют большое быстродействие. Они позволяют поддерживать необходимое соотношение U/f на выходе автономного инвертора как для АИТ, так и для АИН, а также высокие значения коэффициента мощности и широкий диапазон регулирования.
Диодный вспомогательный мост не имеет вспомогательных цепей управления и является наиболее простым, дешевым и надежным преобразователем.
Кроме того, наличие нерегулируемого источника тока позволяет осуществить параллельную работу нескольких независимых инверторов и, тем самым, уменьшить стоимость преобразователя для питания многодвигательных электроприводов.
|
|
|
Однако эти схемы приводят к дополнительному преобразованию энергии, к снижению КПД, усложнению преобразователя, а также и невозможности осуществления генераторного режима в приводе.
При третьем варианте регулирования первой гармоники выходного напряжения ПЧ для достижения высокого коэффициента мощности источника питания также используются неуправляемый выпрямитель и широтно-импульсная модуляция (ШИМ) выходного напряжения инвертора с целью получения близкой к синусоиде формы этого напряжения. В этом случае осуществляется модуляция напряжения несущей части (частоты коммутации ключей) сигналом основной частоты.
2 Автономные инверторы напряжения
Принцип работы трехфазного автономного инвертора напряжения
Для питания трехфазных потребителей переменного тока, например, асинхронных двигателей, могут быть использованы автономные инверторы, построенные по тем же схемам, какие применяются для преобразователей постоянного тока. Инвертирование, т.е. преобразование постоянного напряжения в трехфазное переменное напряжение необходимой частоты, осуществляется переключением в определенной последовательности и с заданной частотой ключей (тиристоров, транзисторов) в плечах моста. Форма выходного напряжения зависит от характера нагрузки и, прежде всего, от закона переключения ключей, т.е. закона коммутации.
|
|
|
Наибольшее распространение для инверторов получила трехфазная мостовая схема (рис. 2.1). На схеме вентили VT1 -VT6 представляют собой полностью управляемые полупроводниковые вентили (запираемые тиристоры, транзисторы), которые обладают способностью открываться и закрываться под воздействием управляющего сигнала. Практически таким элементом является транзистор, работающий в ключевом режиме, а также тиристор в совокупности с устройством искусственной коммутации. Современные АИН выполняются на основе запираемых тиристоров GTO либо биполярных транзисторов с изолированным затвором IGBT.
Пусть инвертор работает на активную нагрузку. Порядковые номера на рисунке 2.1 и диаграммах рисунка 2.2 соответствуют очередности открытого состояния вентилей. Переключения вентилей в схеме происходят каждую 1/6 периода выходной частоты. При этом возможны два режима работы схемы:
- каждый вентиль открыт в течение 1/2 периода выходной частоты, т.е. угол проводимости θ =180°;
|
|
|
- вентиль открыт в течение 1/3 периода выходной частоты, т.е. θ =120°.
В первом случае, в каждый момент времени одновременно проводят ток 3 ключа (например, VT1, VT2, VT3; 
= + 
), а во второй - два ключа. В каждый момент времени необходимо оценивать величину и направление токов в нагрузке (iC = iA + iB; iC = 2iA =2 iB ). Линейные напряжения могут быть определены в соответствии с уравнениями:
= 
- 
; 
= - 
; 
= - .
Диаграммы напряжений инвертора на выходе инвертора дли первого и второго режимов приведены на рис. 2.2, а) и б). В обоих случаях на нагрузке формируется симметричная трехфазная система напряжений прямоугольно-ступенчатой формы, первые гармоники которых имеют взаимный фазовый сдвиг в 120°.
Разлагая в ряд Фурье кривые фазных напряжений при θ =180° и линейных напряжений при θ=120° получаем следующее выражение:
, (2.1)
где 
= Е - амплитуда напряжения прямоугольно-ступенчатой формы.
Аналогично для кривых линейного напряжения при θ = 180° и фазного напряжения при θ = 120° имеем
. (2.2)
Рисунок 2.1 - Схема трехфазного автономного инвертора напряжения
Чаще всего применяется способ управления с продолжительностью замыкания ключей θ -180°. В этом случае в течение 1/6 периода выходного напряжения (60° - ной зоне) включены 3 ключа. Фазное напряжение при соединении нагрузки в звезду с изолированной нулевой точкой непрерывных токах нагрузки, в соответствии с (2.2) с учетом первой гармоники фазного напряжения может быть записано:
. (2.3)
Рисунок 2.2 - Диаграммы напряжений трехфазного автономного инвертора
Амплитуда гармоник фазных напряжений в 
раз меньше линейных. При учёте только первой гармоники тока 
средний ток через ключ (транзистор) найдется по соотношению:
. (2.4)
Средний ток, потребляемый инвертором
. (2.5)
Токи, коммутируемые ключами, находятся при φ=π [10].
, (2.6)
где σ - коэффициент рассеяния АД.
При работе инвертора на активно-индуктивную нагрузку, например, асинхронный двигатель, должен обеспечиваться обмен реактивной энергией между двигателем и звеном постоянного тока. Для этой цели в схеме используются конденсатор С0 и обратные диоды VD1 - VD6, включенные параллельно основным ключам VT1 - VT6. Через эти диоды протекает ток в момент возврата реактивной энергии от двигателя в емкость С0. Ток в цели на участке между инвертором и емкостью С0 при низких 
нагрузки может менять направление, следовательно, форма напряжения на выходе АИН определяется порядком подключения ключей VT1 -VT6. Фильтр 
обеспечивает сглаживание пульсаций напряжения на выходе выпрямителя В1.
Регулирование амплитуды выходного напряжения осуществляется управляемым выпрямителем на входе АИН, а частоты - переключением ключей. Такие АИН называют АИН с амплитудной модуляцией.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 2580; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!