Лекции_АИ_АИР_18

Когда необходимо обеспечить повышенное качество электроэнергии используется «Line-interactive» ПЧ со ЗПТ, структурная схема которого представлена на рисунке 16. Особенностью этого преобразователя является включение в схему дополнительного регулятора напряжения (РН).

Рис.16 Структурная схема «Line-interactive» ПЧ со ЗПТ

В настоящее время именно эта схема используется на многих автономных объектах в качестве активного фильтра. А сам инвертор в данном случае предназначен для компенсации реактивной мощности и мощности искажения, создаваемой нелинейной нагрузкой.

Преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока могут обеспечивать:

1) фиксированную частоту выходного сигнала от 400 Гц до 1 кГц, обеспечивая при этом достаточное качество синусоидальности выходного сигнала. При использовании резонансного инвертора выходная частота может быть больше

10 кГц;

2) регулируемую переменную частоту при условии снижения требований к качеству синусоидальности выходного сигнала. Если последнее невозможно,

то используют широтно-импульсные системы управления.

ПЧ со звеном постоянного тока характеризуются высокой надежностью,

минимальным содержанием высших гармоник в кривых выходных токов и напряжений.

Основным недостатком этих ПЧ является двойное преобразование энергии, что ведет к увеличению потерь.

2.2ПЧ с непосредственным преобразованием энергии

Вчастотно-регулируемом электроприводе, питающимся от сети переменного тока, наряду с ПЧ со ЗПТ находят применение преобразователи частоты с непосредственной связью сети и цепи нагрузки, в частности,

тиристорные преобразователи частоты с непосредственной связью (ТПЧН). В

них формирование кривой выходного напряжения производится непосредственно из отрезков кривых напряжения питающей сети при циклическом подключении нагрузки на определенные интервалы времени к различным фазам сети.

ТПЧН могут выполняться с естественной и искусственной коммутацией.

Практическое применение в большей степени нашли ТПЧН с естественной коммутацией тиристоров за счет напряжения сети.

Кдостоинствам этого класса ТНЧН относятся:

отсутствие звена постоянного тока и необходимости двойного преобразования энергии, что очевидно снижает потери мощности в ТНЧН;

возможность двухстороннего обмена энергией между сетью и нагрузкой, достигаемая без дополнительного усложнения силовой схемы;

возможность плавного регулирования частоты;

возможность получения с помощью системы управления выходного напряжения, усредненная составляющая которого изменяется по синусоидальному закону.

Недостатками ТПЧН с естественной коммутацией являются:

относительно большое число тиристоров в силовой схеме;

невысокий коэффициент потребляемой мощности, обусловленный отстающим фазовым сдвигом основной гармоники потребляемого тока и широким спектром высших гармоник;

ограничение верхнего предела рабочих частот по условиям коммутации тока в тиристорах и устойчивости системы.

Вышесказанное делает целесообразным применение ТПЧН с естественной коммутацией в относительно тихоходных электроприводах средней и большой мощности с асинхронными двигателями; в приводах с машинами двойного питания и вентильными двигателями.

Преобразователи частоты с непосредственной связью реально являются системами с неявно выраженными звеньями постоянного тока. Принцип действия этих преобразователей основывается на использовании встречно-

параллельных групп используемых тиристоров. При этом каждая одинаково ориентированная группа тиристоров работает в течение периода выходного сигнала.

В качестве примера можно рассмотреть схему трехфазно-однофазного ТПЧН с естественной коммутацией, представленного на рисунке 17.

Рис. 17 Схема трехфазно-однофазного ТПЧН с естественной коммутацией

Число фаз входного и выходного напряжения является существенным признаком классификации этих устройств, так как определяет структуру построения схемы преобразователя.

При рассмотрении работы схемы приняты следующие допущения:

-полупроводниковые элементы VS характеризуются идеальными ВАХ;

-трансформатор рассмотрен при условии = 0, → 0 , число витков у обмоток одинаково = = ;

-рассматривается активная нагрузка н = н.

Особенность работы данной схемы состоит в следующем: при активной нагрузке последовательное поочередное отпирание тиристоров катодной группы (VS1, VS2, VS3 ) создают положительную полярность напряжения на ней, то есть формируют положительный полупериод выходного напряжения,

в течение которого работают в режиме выпрямителя. Тиристоры анодной группы (VS4, VS5 , VS6 ) работают только в отрицательных полуволнах фазного напряжения и обеспечивают отрицательное напряжение на нагрузке.

Поочередная работа групп позволяет получить на нагрузке, регулируемое переменное напряжение U2 с частотой f2.

На рисунке 18 представлены временные диаграммы, характеризующие работу схемы.

Рис.18 Временные диаграммы, иллюстрирующие работу ТПЧН с естественной коммутацией

Усредненная составляющая выходного напряжения Uн определяется по формуле расчета напряжения выпрямителя, ведомого сетью:

		=	1		sin		cos
	н			1
						1

где 1 - амплитуда фазного напряжения сети;

1- число фаз питающей сети;

- угол управления.

Регулирование выходного напряжения производится путем изменения угла управления .

Частота выходного напряжения зависит от частоты сети f1 , числа ее фаз 1, числу полуволн выходного сигнала n :

1 12 = 1 + 2

Частота выходного сигнала 2 всегда меняется дискретно: n=1, 2, 3, 4 –

ряд простых чисел; 1 = 50Гц – частота сети, при этом 2 меньше, чем частота сети 1.

Для того, чтобы выходное напряжение было более непрерывным и сглаженным, а полученная частота плавно регулировалась между положительным и отрицательным выходным напряжением, необходимо организовать паузу между включениями тиристоров разных групп с длительностью: п = с выкл.

В этом случае выходная частота приобретает более сложную формулу:

1 12 = [ 1 + 2] + п 1

На практике ТПЧН работают на активно-индуктивную, двигательную нагрузку, поэтому кроме выпрямительного режима, они должны обеспечивать и инверторный режим работы тиристорных групп. Он необходим для выведения энергии, накопленной в магнитном поле индуктивных элементов в цепи нагрузки, и обеспечения генераторного режима работы электрической машины, подключенной к выходу ТПЧН.

Контрольные вопросы

1.Какие звенья входят в состав преобразователей частоты со звеном постоянного тока.

2. Какие параметры электрической энергии регулируются посредством ПЧ.

3.Какой вид фильтра используется в схемах ПЧ со ЗПТ , при использовании АИН.

4.Какой вид фильтра используется в схемах ПЧ со ЗПТ , при использовании АИТ.

5.Какой вид фильтра используется в схемах ПЧ со ЗПТ , при использовании АИР.

6.Как определить усредненную составляющую выходного напряжения ТПЧН.

7.Почему выходная частота ТПЧН определяется по разным формулам.

Рекомендуемая литература

1.Воскобович В.Ю., Королева Т.Н., Павлова В.А. Электроэнергетические установки и силовая электроника транспортных средств. – СПб.: Элмор,

2001. –384с.

2.Попков О.З. Основы преобразовательной техники: Учеб. пособие для вузов

- М. Издательский дом МЭИ, 2010.- 200 с.

3.Розанов Ю.К., Рябчицкий М.В., Кваснюк А.А. Силовая электроника.

Учебник для вузов. – М. Издательский дом МЭИ, 2009.- 632 с.

4.Зиновьев Г.С. Силовая электроника- М.Юрайт,2012-316с

5.Розанов Ю. К., Лепанов М.Г. Силовая электроника. М.: Юрайт, 2018.

6.Онищенко Г.Б., Соснин О.М. Силовая электроника. М.: ИНФРА-М, 2017