Лекции 11-12 - Конспекты (1095380), страница 15
Текст из файла (страница 15)
СУ обеспечивает нужную последовательность включениявентилей силовой части (СЧ). Линии трёхфазной сети до ПЧ обозначеныбуквами A, В, С, а после ПЧ – а, b, с. Графики изменения линейных напряженийUАВ, UBC, UCA изображены на рисунке 7.97 На примере формированиянапряжения Uab рассмотрим, какую последовательность работы СЧ должнаобеспечить СУ, чтобы на выходе ПЧ получить частоту напряжения меньше,чем на входе.
Напряжения Ubc и Uca образуются аналогично.Рисунок 7.97 – Структура преобразователя частоты с непосредственной связьюс сетьюСЧ – силовая часть; Ф – фильтр; СУ – система управленияДля простоты сначала рассмотрим работу ПЧ при угле включениявентиля 0 . Напряжение Uab будет иметь ме́ньшую частоту по сравнению102Электропитание РЭАГлава 7.2с UАВ, если время, в течение которого оно положительно, и время, в течениекоторого оно отрицательно, больше, чем у напряжения UAB. Как видно изрисунка 7.98, такое напряжение будет обеспечено, если СЧ в интервалах Δt1,Δt2, Δt3 к линиям а и b подключит соответственно линии А и B, В и С, С и А.Таким образом, напряжение Uab будет положительным более длительное время,чем UАВ.
Для получения отрицательного значения Uab той же длительностинеобходимовинтервалахΔt4, Δt5, Δt6 клиниям а и b подключитьсоответственно линии С и А, А и В, В и С. Далее всё повторить. Криваянапряжения, полученного на выходе ПЧ при угле включения вентилей 0 ,состоит из отрезков полуволн напряжения сети (рисунок 7.97). Если к ПЧприсоединить фильтр Ф, то можно выделить первую гармонику, изображённуюна рисунке 7.98 пунктирной синусоидой.
Из рисунка видно, что частотанапряжения U1, подаваемого на двигатель, меньше частоты питающей сети.Если изменить угол включения вентилей α, то на каждом очередномполупериоде питающего напряжения можно одновременно с частотой изменитькак амплитуду напряжения на выходе ПЧ, так и получить напряжение, болееблизкое к синусоидальному. При этом упрощается конструкция фильтра иувеличивается КПД электропривода. Изменение амплитуды напряжения навыходе ПЧ при 1 по сравнению с 0 показано на нижнем графикерисунка 7.98.Преимуществом ПЧ с непосредственной связью является однократноепреобразование энергии, благодаря чему достигается высокий КПД. Кнедостаткам следует отнести ограниченный диапазон регулирования частоты, атакже наличие большого числа вентилей и сложной системы их управления.Вследствие малого диапазона регулирования частоты такие ПЧ находятприменение в электроприводах с небольшим диапазоном регулированияскорости.103Электропитание РЭАГлава 7.2Рисунок 7.98 – Временные диаграммы работы преобразователя частоты снепосредственной связью с сетью7.13.3 Двухзвенные преобразователиДля электроприводов с большим диапазоном регулирования скоростииспользуют ПЧ с промежуточным звеном постоянного тока.
В таких ПЧнапряжение сети переменного тока вначале выпрямляется, а затем сновапреобразуетсявнапряжениепеременноготока,ноужетребуемойрегулируемой частоты и амплитуды. ПЧ с промежуточным звеном постоянноготока бывают с управляемым и неуправляемым выпрямителем.В двухзвенных ПЧ могут быть использованы различные способырегулирования выходного напряжения.
Их можно разделить на следующиегруппы:104Электропитание РЭАГлава 7.2- регулирование напряжения на входе;- регулирование путем воздействия на процессы в инверторе.Способы первой группы применяют в том случае, когда источникомпостоянного тока для инвертора является управляемый выпрямитель.Способывторойгруппысвязанысизменениемдлительностипроводящего состояния ключей инвертора. Для этого используют различныеспособы модуляции напряжения, например, ШИМ.
Этот способ модуляцииоснован на непрерывном изменении (модуляции) по заданному закону(например синусоидному) длительности высокочастотных импульсов несущейчастоты, образующих кривую выходного напряжения инвертора. Законмодуляции должен обеспечить получение заданной амплитуды основнойгармоники выходного напряжения.Содержание высших гармоник в выходном напряжении инвертора прииспользовании ШИМ сводится к минимуму, если использовать модуляцию посинусоидальному закону. При этом роль выходных фильтров в обеспечениисинусоидальности напряжения сводится к минимуму, поскольку относительноесодержание высших гармоник очень мало.Основные ограничения в использовании способа ШИМ заключаются всложности СУ ключевыми элементами. Кроме того, требуются полностьюуправляемые ключевые элементы, способные функционировать на высокихчастотах, т.е.
с малыми интервалами времени включения и выключения. Такиетехнические решения стали практически осуществимыми лишь недавно – споявлениемключевыхэлементов,обладающихоченьвысокимбыстродействием (IGBT и т. д.), и микропроцессорных устройств управленияими.Функциональная схема ПЧ с управляемым выпрямителем показана нарисунке 7.99. На вход управляемого выпрямителя поступает переменноенапряжение сети Uс частотой fс. На выходе выпрямителя напряжение сети105Электропитание РЭАГлава 7.2преобразуется в напряжение постоянного тока, значение которого определяетсясигналом управления, поступающим от блока управления выпрямителем БУВ.Выход выпрямителя непосредственно связан со входом инвертора, которыйпреобразует поступающее на его вход напряжение постоянного тока внапряжение переменного тока.
Причём частота f1 выходного напряжения U1зависит от управляющего сигнала, поступающего на инвертор от блокауправления инвертором БУИ. Управляющие сигналы, поступающие на БУВ иБУИ, формируются в блоке задания скорости БЗС напряжением U3,соответствующим заданной скорости.а)б)Рисунок 7.99 – Структура двухзвенного преобразователя частоты (а) и форманапряжения на его выходе (б)БУВ –блок управления выпрямителем; БЗС – блок задания скорости; БУИ – блок управленияинвертором106Электропитание РЭАГлава 7.2Таким образом, на статорные обмотки двигателя поступает напряжение,амплитуда которого формируется управляемым выпрямителем, а частота –инвертором, т.е.
можно независимо регулировать частоту и амплитудупитающегонапряжения,чтоявляетсясущественнымпреимуществомрассматриваемой схемы ПЧ.При электропитании ПЧ от промышленной сети выпрямитель чаще всеговыполняют по трёхфазной мостовой схеме. Для уменьшения пульсацийнапряжения на его выходе устанавливается LC-фильтр, основные функциикоторого заключаются в максимальном уменьшении напряжения высшихгармоник при минимальном ослаблении первой (основной гармоники)выходного напряжения. Существует большое разнообразие фильтров, при этомструктуры фильтров инвертора напряжения и инвертора тока различны: впервом случае фильтр должен иметь емкостной характер, во втором –индуктивный.
Также иногда используют фазовый сдвиг в цепи переменногонапряжения путём включения обмоток трансформатора в "треугольник" и"звезду".В ПЧ с регулируемой в широком диапазоне частотой выходногонапряжения, предназначенных для электропитания асинхронных двигателей,звено инвертора выполняют, как правило, по схеме инвертора напряжения.Немаловажную роль в формировании выходного напряжения заданнойчастоты является частота коммутации транзисторов или тиристоров. Чем вышечастота коммутации, тем лучше качество синусоиды на выходе ПЧ, новозрастают коммутационные потери.Типовая схема двухзвенного ПЧ приведена на рисунке 7.100.
Каждый изшести IGBT-транзисторов VT1-VT6 подключается по встречно-параллельнойсхеме к своему диоду обратного тока VD1-VD6. При этом через силовую цепькаждого транзистора проходит активный ток асинхронного двигателя, а егореактивная составляющая направляется через диоды.107Электропитание РЭАГлава 7.2Рисунок 7.100 – Типовая схема двухзвенного преобразователя частотыГлавным недостатком схемы на рисунке 7.100 является отсутствиевозможности рекуперировать энергию в сеть при торможении двигателя.РассмотримдалеерекуперирующийдвухзвенныйПЧнаосноведвунаправленного ПН.
Его структура проиллюстрирована на рисунке 7.101.В данной схеме имеется два двунаправленных ПН. ДПН1 работает ввыпрямительном режиме и передаёт энергию через ДПН2, работающий винверторном режиме, к двигателю. При торможении ДПН2, подключенный кдвигателю, переходит в выпрямительный режим, а ДПН1, подключенный ксети, в инверторный режим. При этом происходит рекуперация энергии в сеть.Рисунок 7.101 – Структура рекуперирующего ПЧДПН – двунаправленный преобразователь напряжения108Электропитание РЭАГлава 7.2Если задать СУ на входеcos 1, то во всех режимах прирегулировании и торможении двигателя из сети будет потребляться или в сетьбудет отдаваться практически только активная мощность, а ток будетпрактически синусоидален, что определяет минимальное вредное влияние напитающую сеть. Такие ПЧ на сегодняшний день являются самыми близкими кидеальным.ПреимуществамидвухзвенногорекуперирующегоПЧявляютсянезависимость выходной частоты от входной, а также возможность получениявысокого коэффициента мощности на стороне сети.
К недостаткам можноотнести высокую стоимость и сложность реализации СУ.Список литературы1. Проектирование источников электропитания электронной аппаратуры /О.К. Березин, В.Г. Костиков, Е.М. Парфенов и др.; под ред. В.А. Шахнова. – М.:Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. – 504 с.2. Kazimierczuk M. Pulse-width Modulated DC-DC Power Converters. –London: Wiley, 2016. – 931 p.3. Dokic B., Blanusa B. Power Electronics. Converters and Regulators. – NY:Springer, 2015. – 599 p.4.ЛукинА.В.Высокочастотныепреобразователинапряжениясрезонансным переключением // Электропитание.
– 1993. – № 1. – С. 15-26.5. Лукин А.В., Кастров М.Ю. Квазирезонансные преобразователинапряжения // Электропитание. – 1993. – № 2. – С. 24-37.6. Угринов П.М. Некоторые способы ограничения напряжения наключевом транзисторе импульсного источника питания // Электропитание. –2001. – № 3. – С. 96-102.7. Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника.
– М.:Техносфера, 2005. – 632 с.8. Поликарпов А.Г., Сергиенко Е.Ф. Однотактные преобразователи109Электропитание РЭАГлава 7.2напряжения в устройствах электропитания РЭА. – М.: Радио и связь, 1989. –160 с.9. Коняхин С.Ф., Селиверстов И.П., Смирнова Т.А. Особенностипостроения и элементная база статических преобразователей вторичных системэлектроснабжения летательных аппаратов // Электрическое питание.
– 2006. –№ 3. – С. 4-7.110.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
