сабуров 23 вопрос инверторы

ное по справочнику или рассчитанное по формуле (11.86), можно увеличить

на 30...50%.

Уравнение (11.86) может быть использовано как уточненное уравнение регулировочной характеристики при заданных значениях Iф , rип , rк и cos ϕ .

11.7.3. Энергетические характеристики трехфазного мостового АИН с ШИМ

Потери в АИН, если пренебречь потерями в конденсаторе определяются потерями в ключах. При заданном токе нагрузки суммарные потери в ключах в проводящем состоянии

P	= 3I 2 r .	(11.87)
пр	ф к

При расчете потерь необходимо более точно аппроксимировать ВАХ ключа. Для диодов и БТИЗ при аппроксимации приведенной в главе 2 суммарные потери в ключах в проводящем состоянии

P

= 3(

2 2

U

I

+ I 2 r ) .

(11.88)

0

ф

пр

π

ф

д

Энергия потерь при коммутации за один цикл (см. формулу (2.11)):

E

ком

=

I mU d

(t

on

+ t

off

) .

(11.89)

2

Мощность коммутационных потерь при частоте коммутации fк (см. гл. 2)

P	=	ImU d	( t	on	+ t	off	) f	к	.	(11.90)
ком	2

Частота коммутаций может быть равна несущей, как это имеет место при формирование средних напряжений на выводах, или составлять 2/3 от нее при формирование напряжений с помощью пространственного вектора.

В рассматриваемом случае ток не постоянен, а изменяется по синусоидальному закону. Для упрощения вместо изменяющегося значения примем его среднее значение

I		=	2 2	I		.	(11.91)
	m				ф
			π

Тогда суммарные коммутационные потери в трех фазах

P	= 3	2IфU d	(t		+ t		) f	к	.	(11.92)
				on		off
ком		π

Общие потери в ключах

P = 3I

ф

(

2 2U 0

+

2U d

(t

on

+ t

off

) f

к

+ I

r ) .

(11.93)

π

π

ф д

Тогда уравнение энергетического баланса при идеальном источнике питания с учетом потерь в ключах

U d 0 I d = 3μU ф0max Iфcos ϕ + P ,

(11.94)

276

а КПД АИН

η =	3μU ф0max Iфcos ϕ
						.	(11.95)
	3μU	ф0max	I	ф	cos ϕ + P

После преобразований

η =

1

.

(11.96)

Iфrд

1

2

2 U 0

2

1 +

+

(ton + toff ) fк +

π U d

π

μkфcos ϕ

U d

КПД ухудшается при уменьшении µ, kф, cosφ, Ud и увеличении U0, rд, Iф, f, ton+toff. Так как rд мало, то влияние величины тока невелико. Формула (11.96) не учитывает небольшие постоянные потери, например, от токов утечки через запертые ключи, потребление энергии в системе управления. Поэтому при очень малом токе КПД падает и на холостом ходу равен нулю.

На рис. 11.33 а – б представлены зависимости КПД от тока и глубины регулирования. КПД слабо зависит от тока и резко падает с уменьшением частоты, т.е. увеличением глубины регулирования.

η		η

Iф

Iф.ном f , Гц

Рис. 11.33. Зависимости КПД от тока (а) и частоты при выполнении закона

U f = const (б)

Контрольные вопросы

1.Каков вид регулировочных характеристик АИН с ШИМ?

2.Чем определяется связь регулировочных характеристик по частоте и напряжению?

3.Каков вид внешних характеристик АИН с ШИМ?

4.Чем определяется наклон и положение внешней характеристики АИН

сШИМ?

5.От каких факторов и как зависит КПД АИН с ШИМ?

277

11.8. Сравнение автономных инверторов

Наибольшие частоты в тиристорных АИ могут быть получены при применении резонансных АИ. Они получили применение в электротермии и электротехнологии.

Автономные инверторы тока выполняются на тиристорах и применимы в электроприводе переменного тока, но в последнее время это направление мало развивается в связи с недостатками АИТ и бурным развитием транзисторов.

АИН имеют наилучшие внешние и регулировочные характеристики. Применение ШИМ в АИН позволяет формировать на выходах достаточ-

но синусоидальные токи и напряжения.

При отсутствии ШИМ максимальное действующее напряжение на выходе трехфазного АИН (U нл = 0,816U d , U нл( 1 ) = 0,78U d ), но в нем очень велико содержание высших гармоник (3, 5, 7 и т.д.). Амплитуды пятой и седьмой гармоник составляют 20 и 14% от амплитуды основной гармоники. Регулирование выходного напряжения возможно только регулированием напряжения источника питания. Коммутационные потери в транзисторах минимальные.

При формировании фазных напряжений с помощью пространственного вектора максимальное напряжение на нагрузке меньше в (23) раз (на

13,4%), чем без модуляции (без ШИМ). Система управления наиболее сложная, практически реализуется только на микроконтроллерах.

Формирование средних напряжений на выводах по отношению к средней точке источника питания уменьшает максимальное напряжение на на-

грузке по сравнению с предыдущим способом еще в (23) раз (на 13,4%).

При формировании фазных токов максимальные напряжения и потери близки к соответствующим показателям при формировании фазных напряжений.

Способ формирования фазных напряжений с помощью пространст-

венного вектора вызывает меньшие коммутационные потери в транзисторах, чем другие способы ШИМ, так как количество переключений ключей при данном способе управления сокращается с шести до четырех на каждом периоде ШИМ.

Очень малые времена переключения силовых транзисторов в АИН с ШИМ приводят к большим скоростям изменения напряжения и токов. Поэтому в системе АИН– двигатель стали проявляться новые явления. Кабель, соединяющий АИН с двигателем, следует рассматривать как цепь с распределёнными параметрами. В таких цепях при неблагоприятных сочетаниях параметров импульсов напряжения и длины кабеля возникают волновые процессы, приводящие к возникновению перенапряжений. Напряжение на

278

обмотках двигателя может достигать двойной величины по сравнению с напряжением источника питания.

АИН на IGBT-транзисторах в настоящее время являются наиболее перспективным видом АИ при малых и средних мощностях. При больших мощностях вместо них применяют IGCT-тиристоры.

Контрольные вопросы

1.Сравните тиристорные автономные инверторы тока, напряжения и резонансные по частотным возможностям и характеристикам.

2.Сравните транзисторные и тиристорные АИ.

3.В каких АИ не могут применяться транзисторы?

4.Каковы преимущества и недостатки АИН без ШИМ?

5.Какие АИ наиболее перспективны в электроприводе в настоящее время?

6.Сравните способы формирования фазных напряжений в трехфазных АИН по предельно-достижимым напряжениям и коммутационным потерям.

7.Какие новые проблемы возникают в электроприводах на основе АИН при применении быстро переключающихся транзисторов?

8.Какие АИ в настоящее время находят применение в различных облас-

тях?

279