5.3 Захист від перенапруг

Процеси, що відбуваються у вентильних перетворювачах, часто супроводжуються перенапругами, які, впливаючи на вентилі, можуть призвести до їх пробою, що спричиняє коротке замикання. Основним видом перенапруг є комутаційні схемні перенапруги, що викликаються періодичним переходом вентилів із закритого стану у відкритий і навпаки.

Для захисту від комутаційних перенапруг застосовується RC-коло, яке включається паралельно кожного тиристора (мал 6).

Для схем з напругою менше 1000 В рекомендуються наступні параметри : –ємність Сvs = 0,5 мкФ;

–опір Rvs = 100 Ом;

Мал. 6. Схема ввімкнення RC-кола

6 Аналіз роботи автономного інвертора напруги та розрахунок миттєвих значень струму в установленому режимі для заданої частоти

6.1 Аналіз роботи автономного інвертора напруги

При заданій тривалості провідного стану ключів =180 завжди одночасно відкриті три керуємих вентиля різних фаз, що забезпечує незалежність форми кривої вихідної напруги на навантаженні при зміні його параметрів. На малюнку 8 представлені алгоритм перемикання транзисторів інвертора, а також діаграми миттєвих значень напруги і струму в фазі А. Як видно з алгоритму перемикання транзисторів інвертора, при =180 можливі в незалежних комбінаціях відкритих і закритих станів керуємих вентилів. Кожній комбінації відповідає своя еквівалентна схема (мал. 7).

Мал.7 Еквівалентні схеми підєднання фаз інвертора

Мал. 8 Діаграми провідного стану транзисторів і формування

напруги на навантаженні при з’єднані фаз у “зірку”

З еквівалентних схем видно, що при зєднанні навантаження зіркою кожна фаза ввімкнена або паралельно іншій фазі і послідовно з третьою, або послідовно з двома іншими фазами, зєднаними паралельно. Тому до кожної

фази прикладається напруга, яка дорівнює Ud/3 або 2Ud/3 (при рівних опорах

фаз) і фазна напруга на навантаженні має двохступеневу форму.

Покажемо контур протікання струму в фазі А для кожного інтервалу провідного стану ключів.

0. 1: Відкривається транзистор VT1, однако струм під дією ЕРС самоіндукції фази А зберігає свій старий напрямок і замикається по контуру:

0. 6 : Інтервал 0-6 відповідає куту зсуву фаз між струмом асинхронного двигуна і вихідною напругою АІН =80^о (див. пункт 7.2) . Напрямок струму зберігається , а контур буде:

6- 2 : Струм змінює напрямок і протікає по контуру

0. 3 : Напрямок зберігається

0. 4 : Закривається транзистор VT1 і відмикається транзистор VT2, однак струм , який підтримується ЕРС самоіндукції, зберігає свій напрямок по контуру

0. 6’ : Напрямок протікання струму залишається такий же, як на інтервалі 3-4, а контур буде такий

Zb

VD3

Co

VD2

Za

6’- 5: Струм змінює свій напрямок і контур протікання

0. 6 : Напрямок зберігається, а контур буде такий

VT5

Zc

Za

VT22

«-»

Значно поліпшити гармонійний склад напруги на навантаженні можливо при використанні широтно-імпульсної модуляції (ШІМ) вихідної напруги інвертора. При широтно-імпульсній модуляції формування кривої вихідної напруги здійснюється шляхом багаторазового перемикання транзисторів з високою частотою , яка називається несущою, або частотою комутації (мал. 9). Тривалість імпульсів несущої частоти змінюється з кожним періодом відповідно до закону напруги керування (модулюючої напруги).

Це досягається при порівнянні опорної (пилкоподібної) напруги несущої частоти з кривою модулюючої напруги , частота якої визначає частоту вихідної напруги. У момент рівності напруг і (точки а, б на малю 9) відбуваються перемикання транзисторів.

При двохполярній ШІМ (мал. 9,а) транзистори протилежних пліч VT1, VT2 і VT3, VT4 перемикаються в кожен період несущої частоти.

При однополярній ШІМ (мал. 9,б) транзистори VT1, VT2 комутирують при формуванні позитивних, a VT3, VT4 - негативних напівперіодів вихідної напруги. Однополярна ШІМ має кращий гармонійний склад вихідної напруги в порівнянні з двохполярною. При пилкоподібній опорній напрузі відбувається модуляція одного з фронтів імпульсів несущої частоти

(мал. 9,a,6). Така ШІМ називається однобічною. Якщо як опорна напруга використовуються напруга з імпульсами трикутної форми, відбувається модуляція обох фронтів, і ШІМ називається двобічною.

Позначимо час ввімкнутого стану транзисторів VT1, VT2 - t1, а транзисторів VT3, VT4 - t2 (мал. 9,а). Тоді значення напруги на навантаженні, усереднене за період несущої частоти, дорівнює:

Характер кривої визначається видом модулюючої напруги, відповідно до якого змінюються значення і . На практиці використовуються різні закони зміни модулюючої напруги - синусоїдальний, трапецеїдальний, трикутний, прямокутний і т.д.

Мал. 1 Діаграми роботи АІН при використанні

широтно-імпульсної модуляції