2.4.2 Трехфазно-однофазный преобразователи частоты с непосредственной связью с естественной коммутацией тиристоров
Рис. 2.4.2
Силовая схема трехфазно-однофазного непосредственного преобразователя частоты (НПЧ) с естественной коммутацией не отличается от силовой части реверсивного управляемого выпрямителя с нулевым выводом трансформатора, рисунок 2.4.2 Отличие заключается в логике управления. Переменный ток в нагрузке создается в результате поочередного отпирания вентильных групп. Положительный полупериод выходного напряжения формируется при поочередной подаче отпирающих импульсов на тиристоры группы I, отрицательный при подаче отпирающих импульсов на тиристоры группы II. Регулирование частоты осуществляется за счет изменения количества пульсаций напряжения в полуволне выходного напряжения. Регулирование действующего значения осуществляется изменением угла отпирания вентилей. При активной нагрузке без учета потерь в вентилях и трансформаторе:
,
где m1 – число фаз первичной сети;
α – угол регулирования.
Выходная частота регулируется вниз относительно входной. При отсутствии пауз между полупериодами:
,
где n=0, 1, 2, … .
Так как запереть тиристор на участке между подачей отпирающего импульса и моментом естественного запирания невозможно, возникает погрешность действительного полупериода выходного напряжения.
Рис. 2.4.3.
Частота регулируется дискретно, рисунок 2.4.3. Для плавного регулирования частоты необходимо вводить паузы между включением выключением групп тиристоров. В реальных схемах паузы необходимы даже при чисто активной нагрузке для предотвращения одновременной проводимости тиристора выходящей из работы группы с тиристором группы вступающей в работу. Длительность паузы должна быть больше времени восстановления запирающих свойств тиристора. При RL нагрузке длительность паузы определяется также временем спадания тока вентиля до нуля.
Трехфазный НПЧ получается путем объединения трех трехфазно-однофазных схем.
2.4.3 Однофазный нпч с принудительной коммутацией
Тиристоры непосредственного преобразователя частоты, рисунок 2.3.16, выключаются с помощь коммутирующего конденсатора. При положительной полярности питающего напряжения работают тиристоры VS2, VS3, при отрицательной VS1, VS4.
Рис. 2.4.4.
Направление, тока нагрузки не зависит от полярности питающего напряжения U1. Выходное напряжение преобразователя промодулировано синусоидальным напряжением с частотой питающей сети. Благодаря принудительной коммутации можно получить частоту выходного напряжения, как выше частоты питающего напряжения, так и ниже.
2.4.4 Преобразователь частоты с промежуточным звеном переменного тока
Рис. 2.4.5.
Чем выше промежуточная частота автономного инвертора по сравнению с частотой выходного напряжения, тем более плавным является регулирование частоты и напряжения, а также проще обеспечивается близкая к синусоидальной форма кривой выходного напряжения. Повышение промежуточной частоты ограничено частотными свойствами вентилей, дросселей и конденсаторов, поскольку потери в этих элементах с ростом частоты увеличиваются. Наиболее эффективно использовать в качестве АИ резонансный инвертор. Существенными недостатками ПЧ со звеном переменного тока, рисунок 2.4.5, являются: тройное преобразование энергии, что ведет к уменьшению КПД; сложность силовой схемы и системы управления; низкая надежность.