Физический смысл мощности искажения в силовых преобразователях.

НПЧ Совместное и раздельное управление.

Преобразователи частоты с непосредственной связью осуществляют преобразование энергии непосредственно, без промежуточного выпрямления. Рассмотрим принцип действия этого класса преобразователей на примере схемы (рис.5.3). Она представляет собой две взаимообратные вентильные группы 1 и 2, питающиеся от сети (U ₁, f ₁). Нагрузка Z _н включена между средними точками уравнительных
дросселей L ₁ и L ₂.

 

Предположим, что в момент θ = 0 (рис.5.4) на
вентили группы 1 начинают поступать импульсы управления с углом α.
Вентильная группа 1 начинает работать как обыкновенный управляемый выпрямитель и на нагрузке будет напряжение U _н, среднее
значение которого U _{н ср} = 2.34 U ₁cosα.

Такое положение будет сохраняться в течение интервала ω t _в. За это время ток нагрузки i _н в предположении активно-индуктивного ее характера, изменяясь по экспоненциальному закону, достигает i _{н max}. В момент ω t _в прекращается подача на вентили группы 1 импульсов управления выпрямительным режимом, и она переводится в режим зависимого инвертора; при этом импульсы управления будут поступать с углом опережения β, а вентильная группа 1 будет формировать противо ЭДС току нагрузки i _н, который поэтому начинает уменьшаться и через интервал ω t _и станет равным нулю. Последние, проводившие ток вентили группы 1, закрываются и в течение бестоковой паузы ω t _п восстанавливают свои управляющие свойства. После этого, в точке все описанные процессы повторяются, но со второй вентильной группой 2, вентили которой в течение всего рассматриваемого интервала находились в закрытом состоянии.

Таким образом, на нагрузке будет напряжение, близкое кпрямоугольному (если пренебречь пульсациями на выходе вентильных групп), с амплитудой в интервале ω t _в и в интервале ω t _и (pиc.5.5). При этом коммутация силовых вентилей в обеих вентильных группах происходит естественным путем – за счет переменного напряжения питающей сети. Поэтому такие преобразователи называются непосредственными преобразователями частоты с естественной коммутацией (НПЧ с ЕК).

Период изменения выходного напряжения Т₂ > Т₁и, следовательно, частота на выходе преобразователя f ₂ < f ₁, что является принципиальной особенностью рассматриваемых схем. Второй принципиальной особенностью является свободный обмен энергией между питающей сетью и нагрузкой. Действительно, на участке ω t _в вентильная группа 1 работает как выпрямитель, и энергия направлена из питающей сети в нагрузку; на участке ω t _и группа 1 работает как

Рис. 5.5

зависимый инвертор и реактивная энергия, накопленная в нагрузке, направлена в питающую сеть.

Способы управления преобразователей частоты

С непосредственной связью

Описанный способ управления преобразователем получил название раздельного, т.к. обе вентильные группы работают и управляются раздельно.

Значительной трудностью при реализации этого способа является выбор соотношения между ω t _в и ω t _и, так как при заданной выходной частоте f ₂ недостаточная длительность ω t _и приведет к тому, что к моменту включения второй вентильной группы, ток в первой вентильной группе еще не снизился до нуля, в результате чего возникнут внутренние короткозамкнутые контуры, замыкающие накоротко питающую сеть через открытые вентили обеих групп. Поэтому в случае раздельного управления ω t _и выбирается из наиболее неблагоприятных условий, когда реактивная энергия нагрузки будет иметь максимальное значение, и, следовательно, потребуется наибольшая длительность ω t _и для перекачки этой энергии в сеть.

Обычно, кроме описанного способа, часто применяют и совместное управление вентильными группами. Сущность его ясна из рис.5.6 и заключается в следующем: на вентили 1-й группы в течение половины периода подаются импульсы управления выпрямительным режимом с углом управления α, а в это же время на вентили 2-й группы поступают импульсы управления инверторным режимом с углом опережения β.

Если до момента θ=0 в нагрузке существовал ток, противоположный по направлению выпрямленному напряжению 1-й группы U ₁, то вентили 1-й группы остаются закрытыми, а ток нагрузки будет протекать через вентили 2-й группы, преодолевая создаваемую ими противо ЭДС U ₂.

 

В точке θ₁ ток нагрузки станет равным нулю, а затем откроются вентили 1-й группы, и под действием выпрямленного напряжения U ₁ потечет ток i _н в направлении, противоположном предыдущему, и в точке достигнет i _{н max}. В этой точке импульсы управления вентильными группами изменяются: группа 1 переводится в инверторный режим, а группа 2 – в выпрямительный. До точки θ₂ ток нагрузки будет протекать по вентилям 1-й группы, уменьшаясь до нуля за счет противо ЭДС U ₁, а затем перейдет на вентили 2-й группы, возрастая в отрицательном направлении под действием напряжения U ₂. В точке ω Т ₂ процессы повторяются. Таким образом, в любой момент времени управление подается на обе вентильные группы, в результате чего из-за неравенства мгновенных значений ЭДС на выходе вентильных групп возникают броски уравнительного тока во внутренних короткозамкнутых контурах. Для ограничения этих токов здесь необходимы дроссели L ₁ и L ₂. Достоинством этого способа является возможность нормальной работы без перестройки системы управления в любом диапазоне изменения параметров нагрузки. Если в течение угол управления одной вентильной группы и угол опережения β другой не оставлять постоянным, то среднее значение напряжения на выходе вентильных групп можно регулировать. В частности, для получения синусоидального выходного напряжения:

U _н= U _нmsinθ, (5.1)

необходимо, чтобы среднее значение напряжения на выходе вентильной группы (допустим, 1)

U ₁=2.34 U ₁cosα₁ (5.2)

изменялось по закону (5.1)

2.34 U ₁cosα₁= U _нmsinθ.

Отсюда находим α₁

, (5.3)

где – глубина модуляции выходного напряжения. Очевидно, что , т.к. U ₂ изменяется в противофазе с U ₁.

Таким образом, для получения синусоидального выходного напряжения угол управления вентильными группами нужно изменять по арккосинусоидальному закону. Принцип формирования синусоидального выходного напряжения в этом случае иллюстрируется на рис.5.7.

Здесь импульсы управления, смещаемые по арккосинусоидальному закону, формируются в момент равенства модулирующего U _у и опорного U _оп напряжений. Поскольку получение синусоидального модулирующего напряжения регулируемой частоты и амплитуды довольно сложно, то часто используют другие законы изменения углов α₁ и α₂,реализация которых проще, а форма выходного напряжения приемлема.

 

 

Многофазный ИППТ

При прочих равных усло­виях величина пульсаций снижается с увели­чением частоты f. Этот параметр ограничен свой­ствами применяемых в этой схеме ключевых и других силовых элемен­тов. Для устранения этого недостатка иногда прибе­гают к использованию многофазных преобразователей (рис.6.6), представляющих собой n однофазных, работающих на одну нагрузку и от одного источника питания. Дроссель L в этом случае имеет n магнитосвязанных обмоток w _l, w ₂,... w_n. Частота пульсаций выходного напряжения в этой схеме в n раз выше, чем в однофазной, в результате чего улучшается технико-экономические показатели преобразователя.

Для расширения диапазона регулирования выходного напряжения в рассматриваемом классе преобразователей иногда используются двухобмоточные дроссели с автотрансформаторной связью (рис.6.7).

Существенное увеличение выходного напряжения здесь может быть достигнуто подбором соотношения витков обмотки дросселя L.

 

 

Физический смысл мощности искажения в силовых преобразователях.

 

12Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: