Лекции_АИ_АИР_18

разным косинусам угла фазового сдвига первых гармоник напряжения и

тока нагрузки.

Амплитуда напряжения на конденсаторе резонансного тока может быть записано как:

	=	н ≈		√ + н,
			н
		0

где н - амплитудное значения тока нагрузки, которое в свою очередь определяется по формуле:

					4	п		4	п
	=	н	=				=			,
н		н		нcos н				н

где ни н - соответственно полное и активное сопротивление нагрузки АИР.

Если добротность резонансного контура АИР равно = 1 √ + н ,

н

то амплитуда напряжения на конденсаторе определится по формуле

=	4		п	√	+ н	=	4	.
	н							п

При проектировании АИР известно напряжение источника

питания п, параметры нагрузки н и н, рекомендуемая величина

добротности Q, поэтому				могут быть найдены величины требуемой
индуктивности	=	н	− н и емкости =		1	.
		0			0 н
На практике значение добротности контура может
находиться в	диапазоне			= 2 … .10., поэтому напряжение на

конденсаторе и напряжение, прикладываемое к тиристорам в последовательных АИР, может превышать напряжение источника питания п (рис.6 и7), в некоторых случаях значительно.

Особенностями последовательных АИР являются:

-обеспечение естественного запирания тиристоров в режиме прерывистых токов;

-жесткие внешние характеристики, зависящие от фазового угла нагрузки н;

-сильная зависимость условий, требуемых для восстановления запирающих свойств тиристоров, от режимов работы АИР;

-затруднена работа АИР при коротком замыкании нагрузки за счет значительного увеличения напряжения на тиристорах;

-затруднена работа АИР на холостом ходу в связи с возможными срывами

инвертирования из-за перехода на апериодические процессы.

1.4. Мостовой последовательный АИР с обратными диодами

На рисунке 8 представлена схема силовых цепей последовательного АИР с обратными диодами.

Рис.8 Схема силовой цепи последовательных АИР с обратными диодами В рассмотренных схемах АИР длительность интервалов времени,

предоставляемых тиристорам для восстановления запирающих свойств,

значительно сокращается при увеличении рабочей частоты инвертора, что ограничивает диапазон их рабочих частот значениями (2,5….5) кГц.

Отмеченного недостатка не имеет силовая схема АИР, в которой тиристоры зашунтированы обратными диодами. Круговая частота 0

	собственных				колебаний резонансного контура,	определяемая по формуле
	0	≈	1		, может быть выбрана из условия 0	≥ 2 либо 0 < 2.
			√(+ н)
			На рисунке 9 представлены временные диаграммы работы АИР при
	0	≥ 2.

Рис.9 Временные диаграммы последовательного АИР с обратными диодами при 0 ≥ 2

Последовательный АИР с обратными диодами работает следующим образом. При отпирании пары тиристоров VS1 и VS2 по силовой цепи под действием суммы напряжений ( + п) протекает полуволна выходного тока АИР, а конденсатор C перезаряжается с отрицательного напряжения (− ) до положительного напряжения, при чем ( > п) . Моменту времени, когда конденсатор достигает амплитудного значения, соответствует момент уменьшения тока тиристора до нуля. После этого момента ток i в цепи меняет полярность и становится отрицательным, протекая под действием разности напряжений ( − п) через обратные диоды VD1 и VD2. При этом

конденсатор C разряжается до напряжения ( < п). По окончании обратной полуволны тока диоды запираются, наступает интервал паузы (ток при этом равен нулю). При открывании второй пары тиристоров VS3 и VS4

процессы повторяются, а конденсатор C снова перезаряжается до напряжения обратной полярности.

На рисунке 10 представлены временные диаграммы работы АИР при

0 < 2.

Рис.10 Временные диаграммы последовательного АИР с обратными диодами при 0 < 2

Если круговая частота 0 собственных колебаний резонансного контура выбрана из условия 0 < 2, то отпирание очередной пары тиристоров ,

например, VS3 и VS4 происходит на интервале проводимости диодов VD1 и VD2,

шунтирующих другую пару VS1 и VS2 , то есть раньше, чем закончится колебательный процесс перезаряда конденсатора через обратные диоды. При этом эти диоды запираются, а ток i начинает протекать через тиристоры VS3 и

VS4 , в этом случае нет бестоковой паузы, а ток имеет непрерывный характер.

Особенностями последовательных АИР с обратными диодами

являются:

-достаточно мягкие внешние характеристики;

-возможность работы в широком диапазоне токов нагрузки от холостого хода до короткого замыкания;

-неизменное максимальное напряжение на силовых тиристорах, равное напряжению источника.

1.5.Многоячейные резонансные инверторы.

На рисунке 11 представлена схема многоячеечного резонансного инвертора, состоящая из двух последовательно соединенных простых ячеек.

Рис. 11 Силовая схема двухячеечного резонансного инвертора

1

Многоячечные автономные резонансные инверторы при одинаковых

условиях работы вентилей позволяют получить значение выходной частоты в несколько раз больше, чем в других ранее рассмотренных АИР.

На рис.11 представлен последовательный АИР, состоящий из двух ячеек и работающий на удвоение частоты: 2 я . В том случае, когда

используется другое число последовательно соединенных ячеек (n), выходная частота равна: = я.

В состав ячейки входит однофазный мост с двумя парами накрестлежащих тиристоров. Нагрузкой каждой ячейки служит резонансный

контур (1 1) или ( 2 2). Параметры элементов ячеек одинаковы: 1 = 2,

1 = 2.

На входе каждой из ячеек включены дроссели Ld1 и Ld2 с относительно большой индуктивностью. На входе инвертора имеются два конденсатора C,

которые отделяют цепь нагрузки от источника постоянного напряжения Uп .

Величину емкости C выбирают из условия ≥ (2 ÷ 5) 1.

Принцип действия представленного устройства поясняется

диаграммами, изображенными на рисунке 12. Последовательность работы определяется подачей управляющих импульсов на перекрестные пары тиристоров, чередуя комбинацию из разных ячеек. На рисунке 12 рассмотрен случай режима прерывистых токов нагрузки. Такой режим имеет место при условии, когда 0 2 , при этом 0 — собственная частота выходной цепи

(0 = 2⁄ 0), а - частота инвертора ( = 2⁄ ). При подаче управляющих импульсов на первую пару тиристоров VS1 и VS2 ,они отпираются и конденсатор 1 ячейки перезаряжается с отрицательного напряжения до положительного. За время его перезарядки ток ячейки изменяется по синусоидальному закону в течение полупериода.

В момент времени на тиристоры другой ячейки VS5 и VS6 подаются управляющие импульсы управления, они открываются. Емкость c2 начинает перезаряжаться и по нагрузке второй ячейки протекает синусоидальный ток в

течение полупериода. При этом при работе тиристоров VS5 и VS6 , ток в нагрузке инв изменяет знак на противоположный. Его полярность изменится только при подаче управляющих импульсов на следующую пару тиристоров

VS3 и VS4 первой ячейки, при этом ток самой ячейки изменит знак, а емкость перезарядится до отрицательного значения. Ток нагрузки инв снова изменит полярность при подаче управляющих импульсов на тиристоры VS7 и VS8

второй ячейки. Далее процесс повторяется.

Рис.12 Временные диаграммы работы двухячеечного АИР Рассмотренный двухячеечный АИР позволяют получить значение выходной частоты в два раза больше, чем последовательный АИР. Многоячеечные АИР широко используются в технологических индукционных установках с рабочими частотами от 8 до 10 кГц.

Контрольные вопросы

1.В чем особенность работы мостового последовательного АИР.

2.В чем особенность работы простейшего АИР с открытым входом.

3.В чем особенность работы последовательного АИР с обратными диодами.

4.В чем особенность работы мостового параллельного АИР.

5.В чем особенность работы многоячеечных АИР.

6.Что называют внешними характеристиками АИР.

7.Чем определяется частота и значение напряжения на нагрузке при использовании схем АИР.

8.Для чего служат обратные диоды в схемах АИР.

9.Как влияет частота коммутации на напряжение на нагрузке в в схеме мостового последовательного АИР.

2. Преобразователи частоты.

Для электропитания регулируемых электроприводов, реализации целого ряда технологических процессов требуется электрическая энергия переменного тока с частотой, отличной от промышленной, и возможностью регулирования мощности, напряжения и тока в нагрузке.

Эти задачи решают с помощью преобразователей частоты.

Преобразователь частоты (ПЧ) — это устройство, предназначенное для преобразования энергии переменного тока одной частоты в энергию переменного тока другой частоты (AC/AC - преобразователи).

По принципу действия преобразователи частоты делятся на:

-ПЧ со звеном постоянного тока;

-ПЧ с непосредственным преобразованием энергии с частотой сети в энергию с требуемой выходной частотой.

2.1. Преобразователи частоты со звеном постоянного тока

Преобразователь частоты со звеном постоянного тока может быть

представлена структурной схемой, изображенной на рисунке 13.

Рис.13 Структурная схема ПЧ со звеном постоянного тока

В этих ПЧ энергия переменного тока питающей сети с частотой f1 и

напряжением u1 сначала преобразуется выпрямителем (ВП) в энергию постоянного тока, фильтруется, а затем автономным инвертором (АИ)

преобразуется в энергию переменного тока с выходной частотой f2 и

напряжением u2.

В схеме может использоваться как неуправляемый, так и управляемый выпрямитель со своей системой управления (СУВ). В случае использования неуправляемого выпрямителя этот элемент отсутствует.

Фильтр (Ф) выполняет не только функции фильтрации, то есть сглаживания пульсации входного напряжения или тока автономного инвертора, но и функции, обеспечивающие правильное функционирование преобразователя частоты в целом. Если в качестве АИ используется АИН, для которого нагрузкой служит RL цепь, требующая отдачи накапливаемой энергии сети постоянного тока, именно фильтр выполняет роль приемника возвратной энергии. Для этого случая фильтр имеет емкостной характер. Если в качестве АИ используется АИТ, для которого нагрузкой служит RL цепь (с

минимальным значением индуктивности), фильтр имеет индуктивный характер и направлен на обеспечение нужного качества входного тока инвертора. Если в качестве АИ используется АИР, фильтр является частью резонансного контура.

Для управления вентилями АИ используется своя система управления

(СУИ). Законы, реализуемые обеими системами управления СУВ и СУИ),

определяются задающим сигналом от оператора (ЗС).

Преобразователи частоты со звеном постоянного тока (ПЧ со ЗПТ)

используются в качестве источника питания различных автономных объектов.

При этом, выделяют класс преобразователей («on-line»), которые работают постоянно и обеспечивают бесперебойное питание нагрузки, структурная схема таких преобразователей представлена на рисунке 14..

Рис.14 Структурная схема «on-line» ПЧ со ЗПТ

Структурная схема другого ПЧ со ЗПТ «Off-line» представлена на рисунке 15. Такие преобразователи обеспечивают устойчивую работу нагрузки при выходе параметров сети за допустимые пределы

Рис.15 Структурная схема «Off-line» ПЧ со ЗПТ

Данная система подключена к нагрузке через определенную комбинацию ключей. В том случае, когда регулируемые параметры, ток или напряжение,

выходят за допустимые пределы, замыкается ключ S2 и производится их коррекция. ПЧ со ЗПТ работает до тех пор, пока питание нагрузки не станет полностью соответствовать выставленным требованиям. АИ инвертор в этой системе работает только в дежурном режиме.