7. Трехфазный мостовой инвертор, ведомый сетью.

   • Дать определение инвертора, ведомого сетью.

   • Изобразить принципиальную схему трехфазного мостового инвертора.

   • Описать принцип действия инвертора.

Ответ

Инверторы, ведомые сетью- это преобразователи электрической энергии постоянного тока в переменный, у которого электрические параметры преобразователя на стороне переменного тока определяются параметрами сети.

В трехфазном мостовом инверторе отпирающие импульсы подаются с опережением на угол относительно моментов времени соответствующих на­чалу коммутации венти­лей при работе схемы в режиме неуправляемо­го выпрямителя. Указанные моменты вре­мени соответствуют про­хождению через нуль ли­нейных напряжений вто­ричных обмоток транс­форматора, т. е. пересе­чению синусоид фазных напряжений и_а, и_в и и_с. Рассмотрим работу схе­мы, считая, что ток идеально сглажен. Ток проходит через вентили VS1,VS2 и вторич­ные обмотки трансформа­тора (фазы а и с). При этом мгновенное значение противо-э. д. с. инвертора Ud равно раз­ности напряжений и_с и и_а. В момент, опре­деляемый углом опере­жения , который задается системой управления инвертора, подается отпирающий импульс на вентиль VS3. Этот вентиль включается, в результате чего фазы а и b вторичных обмоток трансформатора оказываются замкнутыми накоротко и в них начинает протекать ток короткого замыкания, направленный навстречу току, протекающему через вентиль VS1. Начинается процесс коммутации, длительность которого выражается углом . Напряжение на интервале коммутации становится равным напряжению и_с минус полусумма напряжений и_а и и_в. После окончания процесса коммутации ток будут проводить вентили VS2 и VS3, а к вентилю VS1 будет приложено обратное напряжение в течение времени, определяемого углом запаса запирающей способности вентиля. Длительность проводящего интервала каждого вентиля равна .

8. Автономные инверторы.

   • Дать определение автономного инвертора.

   • Изобразить блок-схему автономного инвертора.

   • Дать классификацию автономных инверторов.

Ответ

Автономным (независимым) инвертором называется преобразователь электрической энергии постоянного то­ка в переменный, выходные параметры которого (форма, амплитуда и частота выходного напряжения) определя­ются схемой преобразователя, системой управления и режимом его работы.

Автономный инвертор представляет собой электриче­ский агрегат, силовая часть которого состоит в самом общем случае из следующих основных узлов входного фильтра Ф1, собственно инвертора И, содер жащего тиристоры, диоды и коммутирующие элементы, трансформатора Тр и выходного фильтра Ф2.

Блок-схема инвертора.

Инверторы различаются по мощности, напряжению, числу фаз вторичной обмотки

трансформатора, способу регулирования выходного напряжения, по схеме инвертирования.

Инверторы классифицируют по следующим признакам:

а) по характеру электромагнитных процессов, про­текающих в схеме;

б) по способу коммутации тиристоров или схеме включения коммутирующих элементов;

в) по схеме преобразования (конфигурации соединений элементов силовой части).

По характеру электромагнитных процессов, про­текающих в схеме, автономные инверторы делятся на инверторы тока, инверторы напряжения и резонансные инверторы. За определяющий признак принимается проводимость цепи постоянного тока со стороны непосредственно преобразующей части относительно переменой составляющей напряжения.

При классификации инверторов (осо­бенно многофазных) используют принцип связи комму­тирующего устройства с основными тиристорами инвер­тора. При этом обычно различают инверторы:

а) с повентильной коммутацией -к каждому основ­ному тиристору схемы подключено отдельное коммути­рующее устройство;

б) с пофазной или групповой коммутацией -в схеме для коммутации тиристоров одной фазы или группы тиристоров используется отдельное коммутирующее устройство;

в) с включением коммутирующего устройства между фазами; |

г) с одним общим коммутирующим устройством на все основные тиристоры схемы.

По схеме преобразования различают однофазные, трехфазные и многофазные инверторы. Эти схемы могут быть выполнены без нулевого вывода и с нулевым выводом в цепи нагрузки или цепи постоянного тока (схемы со средней точкой).Трехфазные, многофазные и однофазные схемы без нулевого вывода называют мостовыми.

9. Автономный инвертор тока.

   • Указать назначение инвертора тока.

   • Описать принцип работы автономного инвертора тока по предложенной схеме.

   • Указать, почему данный инвертор называется параллельным инвертором тока?

Ответ

Автономный инвертор тока предназначен для преобразователь электрической энергии постоянного то­ка в переменный, его выходные параметры определя­ются схемой преобразователя, системой управления и режимом его работы.

Рассмотрим работу схемы однофазного мостового параллельного инвертора тока (коммутирующая емкость на выходе инвертора подключена параллельно нагрузке).

Предположим, что в проводящем состоянии находятся тиристоры VS1 и VS4. В момент времени, определяемой системой управления, подаются отпирающие импульсы на тиристоры VS2 и VS3, они включаются, и цепь нагрузки оказывается замкнутой накоротко через все открытые тиристоры схемы. В результате этого возпикает разряд коммутирующего конденсатора С_к. Ток разряда распределяется по двум контурам. В одном контуре он направлен навстречу току, протекающему через тиристор VS1, а в другом -навстречу току, протекающему через тиристор VS4. Когда токи этих тиристоров станут равными нулю, они выключатся, т. е. завершится процесс коммутации тиристоров. Поскольку в контурах разряда конденсаторов отсутствуют индуктивности, этот процесс можно считать мгновенным. После выключения тиристоров VS1 и VS4 ток начинает проходить через тиристоры VS2 и VS3 , вследствие чего направление тока нагрузки скачком изменяется. Напряжение в момент коммутации не изменяется из-за наличияв схеме конденсатора С_к. К тиристорам VS1 и VS4 скачком прикладывается обратное напряжение и они имеют возможность восстанавливать запирающие свойства. Для нормальной коммутации необходимо, чтобы выполнялось условие:

где — угловая частота выходного напряжения; — время выключения тиристора.

В противном случае после прохождения напряжения черен нуль произойдет повторное включение тиристоров VS1 и VS4, так как на них будет подано прямое на­пряжение раньше, чем они успеют восстановить свою запирающую способность. В результате этого возникает аварийный режим, когда во включенном состоянии будут находиться одновременно все тиристоры («опрокидывание» инвертора). Для обеспечения условия необходимо, чтобы вся нагрузка вместе с конден­сатором имела емкостный характер и ток опережал напряжение.

Так как индуктивность сглаживающего реактора при­нята , ток в инверторе идеально сглажен и со­ответственно выходной ток инвертора имеет прямоугольную форму.

10. Автономный инвертор напряжения.

    • Указать назначение инвертора напряжения.

    • Описать принцип работы автономного инвертора напряжения по предложенной схеме.

    • Указать, какие допущения принимаются при рассмотрении данной схемы?

Ответ

Автономный инвертор напряжения предназначен для преобразователь электрической энергии постоянного то­ка в переменный, его выходные параметры определя­ются схемой преобразователя, системой управления и режимом его работы.

Рассмотрим схему инвертора, на тран­зисторах, зашунтированных в обратном направ­лении диодами VD1-VD4, которые служат для возврата реактивной мощности нагрузки в источник постоянного тока.. Примем следующие допущения:

1. транзисторы и диоды являются «идеальными»,т. е. их сопротивления в открытом состоянии, время включения и выключения равны нулю;

2. в элементах схемы нет потерь энергии;

3. внутреннее сопротивление источника постоянного тока равно нулю.

Когда открыты транзисторы VT1 и VT4, напряжение на нагрузке имеет полярность, указан­ную на схеме, а ток нагрузки нара­стает по экспоненциальному закону. В момент времени, определяемой системой управления по­ступают сигналы управления, запирающие транзисторы VT1 и VT4, и отпирающие VT2 и VT3. Поскольку ток в индук­тивности нагрузки не может измениться скачком, то он продолжает протекать в том же направлении, но уже не через транзисторы VT1 и VT4, а через диоды VD3 и VD2, которые включаются при запирании транзисторов VT1 и VT4 из-за возникновения противо-э.д.с в индуктивности нагрузки, превышающей напряжение источника пита­ния.

Включение диодов VD3 и VD2 приводит к изменению знака напряжения нагрузки на противоположное Под воздействием встречного на­пряжения ток нагрузки, протекающий через диоды VD3 и VD2 в источник питания, начинает умень­шаться также по экспо­ненциальному закону. При спадании тока до нуля диоды выключа­ются и ток нагрузки на­чинают проводить транзи­сторы VT2 и VT3 , на базах которых присутствует отпирающий сигнал уп­равления. Далее анало­гичные процессы перио­дически повторяются.

Таким образом, на на­грузке будет напряжение прямоугольной формы. Ток нагрузки будет иметь экспоненциальную форму, а значение его определит­ся параметрами нагрузки. Ток через обратновключенные диоды VD1-VD4, будет протекать на интервалах, начала которых совпадают е моментами поступлении управляющих сигналов, а длительность зависит от индуктивности нагрузки. Во время протекании тока через диоды происходит возврат энергии из нагрузки в источник постоянного тока. Отсутствие дио­дов в схеме приводило бы к появлению недопустимых перенапряжений на транзисторах.

11. Преобразователи частоты.

    • Дать определение преобразователей частоты.

    • Указать, какие параметры зависят от схемы преобразования.

    • Дать классификацию преобразователей частоты.

    • Изобразить структурную схему преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока.

    • Указать назначение блоков.

Ответ

Полупроводниковый преобразователь, осуществляю­щий преобразование электрической энергии переменного тока одной чистоты в переменный ток другой частоты, называется преобразователем частоты.

Преобразователи частоты классифицируются по мощ­ности, напряжению, числу фаз входного и выходного напряжений, схеме преобразования и т. д. Работа пре­образователя и его технико-экономические характеристи­ки в основном определяются схемой преобразования. От схемы преобразования непосредственно зависят:

а) параметры выходного напряжения;

б) коэффициент мощности преобразователя по входу и выходу;

в) форма кривой переменного тока, потребляемого из питающей сети;

г) внешняя (нагрузочная) характеристика преобра­ зователя;

д) к. п. д.

Преобразователи частоты выполняются с фиксирован­ным соотношением частот входного и выходного напря­жений и с переменным их соотношением или с регули­руемой частотой. Преобразователи с регулируемой частотой нашли широкое применение в области электро­привода для регулирования скорости асинхронных двига­телей.

При классификации преобразователей частоты выде­ляют два основных класса:

1. преобразователи с промежуточным звеном посто­янного тока;

2. преобразователи с непосредственной связью пита­ющей сети и цепей нагрузки, которые называются преобразователями с неявно выражен­ным звеном постоянного тока.

Преобразователи с непосредственной связью подраз­деляются на преобразователи с естественной коммута­цией тиристоров (под воздействием напряжения питаю­щей сети), называемые также циклоконверторами, и преобразователи с искусственной (принудительной) ком­мутацией тиристоров.

Структурная схема преобразователя частоты с про­межуточным звеном. Переменное напряжение с частотой , поступает на вход выпря­мителя В, Выпрямленное напряжение сглаживается фильтром Ф и поступает на вход автономного инверто­ра АИ, имеющего выходное напряжение с частотой f₂. В преобразователях данного класса частота выходного напряжения не зависит от частоты питающей сети и мо­жет быть как больше, так и меньше этой частоты.

12. Преобразователь частоты с непосредственной связью.

    • Указать назначение преобразователя.

    • Описать принцип работы преобразователя по предложенной схеме.

    • Указать основное отличие этих преобразователей от преобразователей с промежуточным звеном постоянного тока.

Ответ

Полупроводниковый преобразователь, осуществляющий преобразование электрической энергии переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты, называется преобразователем частоты.

Ocновой силовой части преобразователей являются встречно-параллельно включенные группы тиристоров, каждая из которых мо­жет работать в выпрямительном или инверторном режи­ме. Чаще всего такие преобразователи выполняются с естественной коммутацией тиристоров и поэтому име­ют частоту выходного напряжения, меньшую, чем часто­та питающей сети в отличие от преобразователей с промежуточным звеном постоянного тока.. Это обстоятельство обусловило их широкое применение в области электропривода для час­тотного регулирования скорости двигателей путем изме­нения частоты выходного напряжения в диапазоне низ­ких частот (ниже частоты промышленной сети f=50 Гц).

Рассмотрим принцип работы преобразователя с не­посредственной связью и естественной коммутацией на примере трехфазно-однофазной схемы В схеме преобразователя можно выделить две группы тиристоров: группу: катодную (VS1,VS2,VS3) и анод­ную (VS4, VS5,VS6). Допустим, что нагрузка Z_n активная. Отпирающие импульсы в процессе работы покупают па тиристоры анодной и катодной групп поочередно. Когда отпирающие импульсы, синхронизированные по частоте с напряжением питающей сели, подаются последователь­но па тиристоры катодном группы VS1,VS2,VS3, он работа­ет в режиме выпрямления (по трехфазной схеме со сред­ней точкой), формируя на нагрузке положительную полуволну напряжения относительно нулевого вывода трансформатора. Отпирающие импульсы поступают на тиристоры со сдвигом относительно линей­ных напряжений питающей сети на угол . При работа тиристоров анодной группы VS4, VS5,VS6 на нагрузке отно­сительно нулевого вывода трансформатора формируется отрицательная полуволна напряжения. В результате цикличной работы групп I и II на нагрузке создается переменное напряжение с частотой основной гармоники f₂, более низкой, чем частота питающей сети f\.

Частота f₂ определяется временем, в течение которо­го проводят ток тиристоры каждой группы. Изменением угла а можно регулировать выходное напряжение. Для исключения постоянной составляющей в напряжении на нагрузке времена работы анодной и катодной групп должны быть равны между собой. Тиристоры катодной группы вступают в работу только после спада­ния до нуля полуволны напряжения, формируемой анод­ной группой, и наоборот. Это объясняется тем, что ти­ристор находится во включенном состоянии до тех нор, пока ток, протекающий через него (в рассматриваемом случае ток совпадает по фазе с напряжением), не спадет до нуля.

В трехфазно-однофазной схеме тиристоры каждой группы коммутируют между собой (внутригрупповая коммутация) через интервал времени, равный /3.