Розанов Ю.К. Основы силовой электроники (1992) (1096750), страница 35
Текст из файла (страница 35)
3.34, и. При питании от общего источника необходимо, чтобы все инверторы имели трансформаторный выход. Коэффициенты трансформации отдельных инверторов выбираются так, чтобы их напряжения соответствовали коэффициентам гармонического ряда, полученного при разложении напряжения прямоугольной ормы, т. е. йгз — — )гтз /3; 1сгз— - усгз /5; ...; 11,„=ус„з !и.
(380) Выходное напряжение при этом будет иметь вид. соответствующий диаграмме на рис. 3.34, б (для трех инверторов). Выходные трансформаторы ограничивают область применения рассмотренных способов улучшения формы выходного напряжения только инверторами, работающими с фик фиксирован- л изменяющеися частотой, поскольку использование трансформаторов в широком диапазоне частот выходного напряжения нерационально. Перспективным способом улучшения гармоничес кого со- х диого напряжения является широтно-импульсная модуляция прямоугольного напряжения по определенному закону.
выхо ного нап Простеишим случаем улучшения гармонического состава д напряжения посредством ШИМ является устранение третьей, гармоники в выходном напряжейни одно азного инвеи сев ф Р тоРа, Это нетрудно обеспечить введением фиксированного угла управления п=л/3 Я 3.3). Форма выходного напряжения инвертора для этого случая показана на рис. 3,35, а. Гармонический состав этого напряжения определяется выражением- и аыя Рис.
3.36. Диаграммы формирования синусонлальнои ШИМ На рис. 3.35, б представлена форма выходного напряжения однофазного инвертора при двухполярной модуляции. При з = 26,3 и па = 33,3' третья и пятая гармоники будут ~1= равны нулю. Содержание высших гармоник может быть сведено к минимуму, если использовать широтно-импульсную модуляцию интервалов проводимости ключевых элементов схемы по синусоидальному закону в течение каждого полупериода (рис. 3.35, в). При таком способе роль выходных фильтров в обеспечении синусоидальности напряжения сводится к минимуму, так как относительное содержание высших гармоник очень мало.
Среди различных способов организации ШИМ следует отметить ШИМ, реализуемую посредством сравнения эталонной синусоиды с треугольным сигналом, принцип которой иллюстрируется диаграммами на рис. 3.36. Схематическая реализация этого принципа достаточно проста при незначительном ухудшении гармонического состава по сравнению с реализациями ШИМ на других аналогичных принципах. Использование микропроцессорной техники позволяет значительно повысить эффективность ШИМ с программным исключением высших гармоник. Перспективным принципом организации синусоидальной ШИМ является принцип следящих систем [151. При таком способе ШИМ отслеживается и минимизируется отклонение усредненной кривой выходного напряжения от синусоиды посредством управления состояниями ключевых элементов инвертора. Этот способ обеспечивает очень низкий уровень !76 высших гармоник в выходном напряжении.
Но главное его достоинство заключается в том, что синусоидальность выходного напряжения сохраняется и при существенно нелинейной нагрузке инвертора. распространенным примером такой нагрузки является выпрямитель соизмеримой с инвертором мощности, содержащий фильтры из реактивных элементов. В заключение кратко рассмотрим способ улучшения формы кривой выходного напряжения в трехфазно-однофазном преобразователе частоты с непосредственной связью, каждая группа которого выполнена на трехфазной схеме со средней точкой (см.
рис. 3.23). Обычно нагрузка преобразователя имеет активно-индуктивный характер. При работе преобразователя на активно-индуктивную нагрузку без перерывов в выходном напряжении необходимо, чтобы тирнсторы каждой группы могли работать как в выпрямительном, так и в инверторном режимах. Для того чтобы при переходе от выпрямительного режима к ннверторному в выходном напряжении отсутствовал перерыв, применяют согласованное управление тиристорами.
Принцип этого управления состоит в подаче управляющих импульсов так, чтобы тиристоры группы 1 могли работать один полупериод в выпрямительном режиме с углом а<к/2, а второй полупериод — в инверторном с углом 1а= к — 13> к/2. Группа П тиристоров в первом полупериоде готова к инверторному режиму, а во втором полупериоде — к выпрямительному. При таком управлении между двумя группами могут возникнуть значительные уравнительные токи. Для их уменьшения углы з и 11 выбирают так, чтобы средние значения напряжений выпрямитепьного и инверторного режимов были равны между собой, т.
е'. соблюдалось равенство э=~3. Уравнительный же ток, обусловленный разностью мгновенных значений напряжений групп, ограничивается реактором, включенным в цепи, объединяющие обе группы. Выходное напряжение такого преобразователя в общем случае несинусоидально. Гармонический состав этого напряжения зависит от ряда факторов: закона изменения углов сс и 13, числа фаз питающей сети и т. д. Содержание высших - гармоник в выходном напряжении может быть значительно уменьшено, если углы управления з и р изменять по арккосинусному закону з = л — 13 = агссоз(/с Яп оуа 1), (3,82) где 7с — отношение амплитуд напряжений на входе и выходе преобразователя; оза — частота выходного напряжения.
Из (3.82) следует, что при й = 1 углы а и ~3 должны изменяться линейно во времени (т. е. арккосинусная функция в данном случае превращается в линейную функцию от 3 = оуа 7)'от О до к/2. 12 36 3658 177 грз грд 178 Рис. 3.37. Обесиечеиие сииусоилальиости выходиого напряжения в преобразователе частоты с иепосредствеииоя связью за счет перемеииого угла управлеиия; а — лиаграмма выходного напряжения преобразователа, б †зак пзмеаеипя углов управления тарасторамп преобразователя; е — диазраммы выходных тока и иапряжеиня В течение первого полупериода группа 1 подготовлена к работе в выпрямительном режиме и управляющие импульсы поступают на тиристоры этой группы с углом и, который принимает значения л/2-О-я12 (к)2 соответствует прохождению полуволны выходного напряжения через нуль, а значение угла и=Π— ее максимуму). Одновременно тиристоры группы П подготовлены для работы в ннверторном режиме с углам сг, который принимает на этом интервале значения к)2-я — я72, что соответствует углам В, равным я/2 — Π— л/2.
На рис. 3.37, а, б представлены диаграммы выходных напряжений обеих групп тиристоров 17„, и 1у„ви, а также графические зависимости углов управлейия от времени. Так как тиристорные группы имеют одностороннюю проводимость тока, то положительная волна тока формируется тиристорами группы 1, а отрицательная — тнристорами группы 1!. Поэтому при активно-индуктивной нагрузке в течение каждого полупериода выходного напряжения ток будут проводить обе группы. Для примера на рис. 3.37, в представлены кривые первых гармоник тока !г„и напряжения иг„на выходе преобразователя (в уменьшенном относительно рис. 3.37, а и б масштабе) при активно-индуктивной нагрузке с коэффициентом мощности созхр. На интервале Π— О имеет место инверторный режим Па и ток проводят тиристоры группы П, далее ток начинают проводить тиристоры группы 1, работающие в выпрямительном режиме !а на интервале Оз — л. С момента О=я тиристоры группы 1 переходят в инверторный режим 1б и т.
д. При таком способе управления содержание высших гармоник в выходном напряжении значительно уменьшается, так как егоу форма становится близкой к синусоиде, на которую наложе1!Ьз пульсации. Последние уменьшаются с ростом частоты и увеличением числа фаз питающей сети. Основными недостатками рассмотренного способа управления являются сложность системы управления и повышение потребляемой из сети реактивной мощности.
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ РЕГУЛЯТОРЫ-СТАБИЛИЗАТОРЫ И СТАТИЧЕСКИЕ КОНТАКТОРЫ При питании большинства потребителей электрической энергией требуется регулировать определенные ее параметры— напряжение, ток, частоту и др. Регулированием называется процесс изменения по заданному закону или поддержание 179 ли,„ли, „ сте (4.1) где У,„— ГУ,„„— установленные входное и выходное напряжения; ЛУ,„и Лс1,„„— отклонения входного и выходного напряжений. Так как коэффициент !г„„ в общем случае зависит от У У , то его значение определяют для, конкретного в» И вы» в (4.1) режима работы (как правило, номинального), т.
е. в ( . ) подставляют номинальные значения с1,„„и У,„, „. О Обычно значение коэффициента )г„е определяется для статического !ао неизменности (стабилизации) какого-либо параметра. Регулирование может быть произведено как вручную, так и автоматически. В схемах питания наиболее часто требуется автоматическое регулирование напряжения с целью его стабилизацин. на заданном уровне при различных возмущающих воздействиях.
Электрические устройства, осуществляющие стабилизацию напряжения в пределах широкого диапазона уровней стабилизации, называются регуляторами-стабилизаторами. Если такое устройство предназначено для стабилизации напряжения в узком диапазоне, то его принято называть стабилизатором.
' При дальнейшем рассмотрении устройств, схематическое исполнение которых не налагает существенных ограничений на диапазон регулирования, именуются регуляторами, а с ограниченными возможностями изменения выходных параметров— стабилизаторами. Регуляторы-стабилизаторы напряжения, так же как и регуляторы-стабилизаторы других параметров электроэнергии, например тока или частоты, могут рассматриваться как преобразователи электроэнергии в том смысле, что они изменяют (преобразуют) ее параметры и качество. В данной главе рассматриваются преимущественно регуляторы-стабилизаторы напряжения. На выходное напряжение преобразователя электроэнергии влияют различные факторы: изменение входного напряжения и тока нагрузки, температура окружающей среды и др.
Поскольку эти факторы вызывают изменения выходного напряжения, их называют возмущающими. Точность поддержания напряжения при воздействии различных возмущающих факторов характеризуется соответствующими параметрами стабилизации. Основным, обычно наиболее сильным возмущающим фактором является изменение входного напряжения регулятора. Стабильность выходного напряжения при изменениях входн го характеризуется коэффициентом стабилизации по напряжео нию )г„е, который определяется следующим выражение м: (установившегося) режима работы преобразователя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
