ПЕРЕТВОРЮВАЧІ ЧАСТОТИ

Перетворювачі частоти з безпосереднім зв'язком (ПЧНС)

Керовані випрямлячі служать основою побудови ряду перетворювачів частоти для керування двигунами змінного струму. Найбільш проста і природна компонування такого пристрою, що дозволяє отримувати з високої частоти низьку і отримав назву перетворювача частоти з безпосереднім зв'язком (іноді використовується термін "ціклоконвертер") показана на рис. 3.12, а.

Кожна фаза двигуна (зображений трифазний варіант) забезпечена двома комплектами зустрічно включених випрямлячів (зображені трифазні, виконані за нульовою схемою; фрагмент, що відноситься до однієї фазі двигуна, показаний на рис. 3.12, б). Керуючи випрямлячами, можна забезпечити умови, при яких на кожній фазі двигуна в позитивний напівперіод вихідного напруги ( "+" на рис. 3.12, в) працює (проводить) один комплект тиристорів - А, а в негативний (-) - інший, / 12 .

З рис. 3.12, в слід, що період вихідної напруги Т і його частота / = 1 / Т залежать від моменту перемикання комплектів тиристорів і можуть змінюватися в широких межах. Правда, верхня частота обмежена: при наближенні Тк Т е вихідна напруга виявляється настільки спотвореним, що його нс вдається використовувати; на практиці часто приймають / < fjl.

Амплітуда вихідного напруги може змінюватися за рахунок зміни кута а. Крім того, при відповідному управлінні можна істотно поліпшити гармонійний склад вихідної напруги, енергетичні характеристики приводу.

Перетворювач частоти з безпосереднім зв'язком

Мал. 3.12. Перетворювач частоти з безпосереднім зв'язком

Перетворювачі частоти з явно вираженим ланкою постійного струму

Принциповою особливістю розглянутих пристроїв був зв'язок з мережею змінного струму: саме ця мережа створювала умови і визначала моменти закриття тиристорів (негативний потенціал анода). Разом з тим, саме мережу обмежувала можливості регулювання перетворювача, що особливо наочно в разі ПЧНС.

Основним класом перетворювачів частоти є перетворювачі з явно вираженим ланкою постійного струму (рис. 3.13, а), в яких змінна напруга мережі живлення спочатку випрямляється звичайним керованим випрямлячем УВ, а потім перетворюється в змінну напругу з потрібним числом фаз, з регульованою частотою за допомогою автономного інвертора АІ.

Перетворювач частоти з явно вираженим ланкою постійного струму

Мал. 3.13. Перетворювач частоти з явно вираженим ланкою постійного струму

Принцип дії автономного інвертора напруги (АНН) полягає в наступному: якщо перемикати попарно через Т / 2 ключі К1-КЗ і К2-К4, то напруга на навантаженні буде змінним, прямокутної форми з амплітудою U і частотою / = / Т (рис. 3.13 , в); при навантаженні у вигляді активного опору крива струму буде повторювати криву напруги. Неважко збільшити число фаз, для цього потрібно додати пари ключів і підключити навантаження до точок між ними (штрихові лінії на рис. 3.13, б). У трифазному варіанті схема дуже схожа на мостовий випрямляч (див. Рис. 3.9, б); різниця лише в тому, що джерело живлення і навантаження помінялися місцями.

Форму вихідного напруги і, отже, його гармонійний склад можна змінювати, змінюючи тривалість включеного стану /, і момент включення / 'пари ключів (штрихова лінія на рис. 3.13, в).

У многофазном (трифазному) варіанті можливості управляти формою напруги, змінюючи тривалість включення пари ключів, еше багатшими.

Зовнішня характеристика = Д / ") розглянутого найпростішого інвертора при ідеальних ключах - горизонтальна лінія.

Процеси ускладняться, якщо навантаження являє собою ланцюг R-L. Строго кажучи, схема (рис. 3.13, б) виявиться непрацездатною, так як при розриві індуктивної ланцюга напруги на ключах стануть нескінченно великими. Для забезпечення нормальної роботи ключі шунтируют діодами, а джерело живлення, якщо його внутрішній опір велике, - конденсатором (рис. 3.14, а). При цьому епюри струму складаються з ділянок експонент (рис. 3.14, б), напруга і струм мають різні форму і гармонійний склад, перші гармоніки зрушені відносно один одного на деякий кут.

Розглянуті автономні інвертори називають інверторами напруги: саме воно формується примусово, а струм істотно залежить від навантаження. При використанні в якості ключів тиристорів схема ускладнюється; в неї додатково включаються ланцюга, що гасять тиристори.

Автономний інвертор напруги з навантаженням R-L

Мал. 3.14. Автономний інвертор напруги з навантаженням R-L

Автономні інвертори струму (RTA) зовні схожі па інвертори напруги, мають таку ж структуру (рис. 3.15, а), проте процеси в них істотно розрізняються.

Автономний інвертор струму

Мал. 3.15. Автономний інвертор струму

Основна відмінність в способі харчування: на вході АИТ включений реактор L d, індуктивність якого достатня для підтримки струму навантаження практично незмінним протягом напівперіоду вихідної частоти. Таким чином, в АІТ задається миттєве значення струму, він живиться від джерела струму. Напруга - залежна змінна. Зазвичай навантаження шунтируется конденсатором Ск в цілях створення умов комутації ключів (тиристорів) і забезпечення нормальної роботи при активно-індуктивному навантаженні; при цьому напруга на навантаженні змінюється по експоненціальним залежностям (рис. 3.15, б).

Зовнішня характеристика АИТ м'яка, круто зростає при малих токах, оскільки конденсатор заряджається до великої напруги; режим холостого ходу неприпустимий через надмірні перенапруг.

ІМПУЛЬСНІ ПЕРЕТВОРЮВАЧІ

Принцип дії імпульсних перетворювачів пояснимо на найпростішою схемою (рис. 3.16, а). За допомогою ключа К, навантаження - нехай це буде якір двигуна, т. Е. Ланцюг R-L-E, - по черзі підключається до джерела живлення £., І відключається від нього, внаслідок чого напруга до навантаження прикладається у вигляді імпульсів і чи, як іноді кажуть, модулюється (рис. 3.16, 6).

Середнє значення напруги на навантаженні визначиться як

(3.2)

де - шпаруватість імпульсів.

Схема (а) і діаграми основних величин імпульсного перетворювача (б)

Мал. 3.16. Схема (а) і діаграми основних величин імпульсного перетворювача (б)

Навантаження шунтуватися діодом V, завдяки чому при розмиканні ключа струм в навантаженні продовжує протікати за рахунок енергії, запасеної в індуктивності L. Струм в навантаженні змінюється по відрізках експонент з постійною часу г = L / R (рис. 3.16, б); середнє значення струму, що визначає електромагнітний момент, виразиться як

середньоквадратичний струм, що визначає втрати, знайдеться з виразу:

Отже, простий імпульсний перетворювач здійснює модуляцію напруги живлення таким чином, що середня напруга на навантаженні може змінюватися від нуля (навантаження завжди відключена) до напруги джерела (навантаження завжди підключена).

Розрізняють два види модуляції: частотну, коли час включеного (або відключеного) стану ключа незмінно, а період Т або частота / = 1 / Т змінюється, і широтну, коли Т і / постійні, а час включеного стану (ширина імпульсу) змінюється від tJT = 0 до 1JT = 1, Кращий останній вид модуляції - широтно-імпульсна модуляція (ШІМ), а реалізують її устрою широко використовуються не тільки в приводах постійного струму, але і в приводах змінного струму [6].

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >