Розанов Ю.К. Основы силовой электроники (1992) (1096750), страница 34
Текст из файла (страница 34)
В этом случае роль фильтра играют коммутирующие конденсаторы инвертора, емкость которых обычно бывает достаточно большой, чтобы шунтировать токи высших гармоник. Наличие же реактора компенсирующего устройства еще более улучшает форму кривой, так как его индуктивность в совокупности с емкостью конденсаторов образует колебательный контур на частоте первой гармоники тока. Этот эффект особенно проявляется в режимах малой загрузки инвертора, т. е. при слабом демпфировании колебательных процессов в указанном контуре.
Однако наличие тиристоров в компенсирующем устройстве (см. рис, 3.25, а) несколько ухудшает гармонический состав выходного напряжения из-за несинусоидальности потребляемого компенсирующим устройством тока. Поэтому в однофазных ин)1ерторах тока при высоких требованиях к синусоидальности выходного напряжения предусматривают установку фильтра, состоящего обычно из одного-двух звеньев, по схеме рис. 3.31.
Каждое из звеньев этого фильтра настраивается в резонанс на соответствующую гармонику тока, Весьма важным фактором, влияющим на синусоидальность выходного напряжения, является также индуктивность Ев сглаживающего реактора инвертора тока. При определенных значениях индуктивности этого реактора н емкости конденсаторов на выходе, а также параметров нагрузки выходное напряжение будет синусоидальным без применения дополнительных фильтров. С этой ~з ~г 7 точки зрения желательно иметь и„ небольшую индуктивность в, с г входного реактора, обеспечивающую режим работы инвертоРа, гРаничный с Режимом Рис.
3 31. схема фильтра иввврторв прерывистого входного тока. тока 171 В трехфазных мосговых схемах инверторов тока могут быть использованы аналогичные способы улучшения формы выходного напряжения. Но так как инвертируемый ток в них не содержит гармоник, кратных трем, то эта задача выполняется проще. Рассмотренные схемы фильтров являются типовыми и не исчерпывают всего многообразия схем, которые могут быть использованы в автономных инверторах. При выборе типа фильтра необходимо также учитывать ряд факторов, непосредственно не связанных с улучшением формы 'кривой выходного напряжения. Основным из них является влияние фильтра на динамические характеристики инвертора, от которых зависит работа инвертора в переходных режимах (пуск инвертора, сброс или наброс нагрузки и т.
д.) или параллельная работа его с другими инверторами. Параметры фильтра влияют на работу отдельных элементов инвертора, например на токи или напряжения полупроводниковых элементов. Важную роль в некоторых случаях играют фильтры в обеспечении защиты собственно инвертора и потребителей при различного рода авариях.
Все эти и ряд других не указанных здесь факторов необходимо учитывать при проектировании инверторных установок. Приведенные выше соотношения для выбора параметров фильтров могут использоваться только для предварительной нх оценки., Точный расчет этих параметров связан с использованием сложного математического аппарата и применением современных средств вычислительной техники. 3.5.3. УМЕНЬШЕНИЕ ВЫСШИХ ГАРМОНИК В ВЫХОДНОМ НАПРЯЖЕНИИ БЕЗ ПРИМЕНЕНИЯ ФИЛЬТРОВ Наличие фильтров на выходе инверторов, как правило, существенно ухудшает ряд его технико-экономических показателей. В связи с этим при разработке инверторов уделяется большое внимание снижению содержания высших гармоник в выходном напряжении непосредственно в процессе преобразования. С этой целью применяют различные модификации схем отдельных инверторов, групповое соединение нескольких инверторов, специальные законы регулирования и т, д.
Наиболее остро этот вопрос возникает для инверторов напряжения, имеющих явно выраженную несинусоидальную форму выходного напряжения. Поэтому рассматриваемые ниже способы распространяются преимущественно на такие инверторы. Наиболее простой способ уменьшения высших гармоник заключается в использовании выходного трансформатора, имеющего отводы на определенные напряжения, которые поочередно подключаются к нагрузке ключевыми элементами инвертора (на рис. 3.32, а транзисторами ггТг — УТз и )гТг — РТз. Ком- 172 Рис. 3.32. Аппроксимация синусоидального напряжения посредством переклгоче- ния отпаек в трансформаторе: а -схема ннвертора; б - анаграмма выходного напряжения мутация транзисторов происходит в следующем порядке Предположим, что нагрузка тс„ чисто активная и на интервале 0 в 9, ток проводит транзистор )гТ„ соответственно на нагрузке будет напряжение сгз, равное сг'„1)г,з ()с,з †коэффицие трансформации для соответствующей отпайки).
Далее, через промежутки времени, равные п(6, поочередно включаются транзисторы РТт и Ъ'Т„и напряжение на нагрузке принимает значения (3,= У„/)с,а и С'г = сгя/7с„. Затем коммутация транзисторов КТ, — )гТз идет в обратном порядке. В момент 9, начинается поочередная коммутация транзисторов )гТг — РТз в такой же последовательности. В результате напряжение на нагрузке имеет ступенчатую форму (рис. 3.32, б), которая может быть аппроксимирована синусоидой с точностью, зависящей от количества отпаек (следовательно, и транзисторов в схеме) и соответствующих им значений коэффициента трансформации.
Напр(1мер, при трех отпайках, обеспечивающих напряжения на нагрУ5ке: сг'„гх'а = 0,735 (г'г и сУз = 0,265 сг'г — коэффициент армоник по напряжению 7ггп не превышает !5%. Основной недостаток данного способа заключается в том, что он применим практически только при активной нагрузке инвертора. При активно-индуктивной нагрузке в момент 9, ток нагрузки не изменяет своего направления и для его протекания необходимо вводить в схему обратные диоды. При этом форма кривой выходного напряжения изменяется и зависит от значения индуктивности нагрузки. Устранение этого нежелательного эффекта связано с существенным усложнением схемы инвертора.
Синтезирование выходного напряжения ступенчатой формы может производиться не только по синусоидальному закону, но и по трапецеидальному, когда ступенчатой кривой аппроксимируется трапеция. Такой закон синтезирования может быть реализован в различных типах многофазных схем, а также посредством геометрического сложения напряжений однофазных инверторов. Примером может служить схема- 173 и, и, и,, и иа м а а и, идд * ипд| а 1 ) и и„д ипд "ид гдю ип вн ви угг дик Рис.
3.34. Аппроксимация сииусоидачьиого напряжения посредством суммирования напряжений разных частот: а-.блок. схема соединения ипаерторов; б— лпаграмма выходных напряжений ннверторов н напряжения па нагрузке Рис. 3.33. Аппроксимация сипусоидально~о напряжения посредством суммиро- вания напряжений нпверторов, работаюгннх при равных частотах: а .блок-схема соединения ппвертороа, 6 в диаграммы выходных напряженая нпаертороа н напряжения па нагрузке преобразования (рис. 3.33, а), состоящая из и однотипных однофазных инверторов. Вторичные обмотки выходных трансформаторов соединены последовательно и подключены к нагрузке. На рис.
3.33, б для случая и=8 показаны выходные напряжения инверторов, сдвинутые по фазе на углы л1'12. В результате сложения этих напряжений на нагрузке формируется многоступенчатое напряжение, которое можно аппроксимировать трапецией. Коэффициент гармоник )с„п в выходном напряжении такой формы не превышает 10%.
Достоинствами схемы являются однотнпность инверторов, равномерное распределение нагрузки между ними, относительная простота системы управления и возможность построения на этой основе не только однофазных, но и трехфазных преобразователей. Многоступенчатая форма выходного напряжения может быть получена путем сложения нескольких напряжений прямо- 174 41/д, 1 и = — (51п9+ — гйп59+ л 5 1 + 79+.„), 13 81) Переходом к более сложному закону управления можно исключить третью н пятую гармоники. Рис. 3.35.
Формы выходного папрюкения при различных способах ШИМ 175 угольной фоРмы разных частот, определенным обри ентированных во времени Это достигается ори я последовательным соединением инверторов, работающих с ча стотами у, ЗХ б ет Г, ...„и/. оличество соединенных последовательно инвертор уд определять степень синусоидальности выходного напряжения. Схема такого соединения приведена на ис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
