9.3. Непосредственные преобразователи частоты с коэффициентом преобразования по напряжению больше единицы (повышающие циклоконверторы)
Концепция получения управляемого коэффициента преобразования по напряжению больше единицы в циклоконверторах аналогична рассмотренной концепции повышения коэффициента преобразования в регуляторах переменного напряжения. Функционально повышающе-понижающий циклоконвертор является специфическим объединением непосредственного преобразователя частоты на вентилях с полным управлением с циклическим методом формирования кривой выходного напряжения и повышающе-понижающего регулятора переменного напряжения. Схема такого циклоконвертора трехфазного напряжения в однофазное по нулевой схеме показана на рис. 9.13. Ключи К1-К3 работают в режиме ключей непосредственного преобразователя частоты с циклическим управлением и широтно-импульсным регулированием. На рис. 9.14 показаны импульсы управления этими ключами под временными диаграммами входных напряжений и тока одной из фаз.
Рис. 9.13
Здесь же ниже показаны импульсы управления ключом К4, как бы дополняющие по длительности импульсы ключей К1-К3 до такта Тт. На последней диаграмме приведена форма тока накопительного дросселя L и напряжения на накопительном конденсаторе С.
Таким образом, энергия тока накопительного дросселя L циклоконвертора передается «порциями» через ключ К4 в накопительный конденсатор С, обеспечивая при определенных сочетаниях параметров повышение выходного напряжения по сравнению с входным, как в повышающе-понижающем регуляторе переменного напряжения.
Входной ток трехфазно-однофазного циклоконвертора, как видно из временной диаграммы, не только является импульсным, но и содержит субгармонику, порождаемую низкой частотой выходного тока. Но эта субгармоника во входном токе может быть исключена в трехфазно-трехфазном повышающе-понижающем циклоконверторе, получаемом при объединении трех трехфазно-однофазных циклоконверторов, изображенных на рис. 9.13. Схема такого преобразователя представлена на рис. 9.14. Ключи циклоконвертора К1-К3 в каждой фазе рис. 9.14 выполнены по стандартной схеме, а ключи К4 – встречно-параллельным соединением транзисторов и диодов, с использованием свойства связности трехфазной нагрузки без нулевого провода. Для получения синусоидального тока в питающей сети из импульсного входного тока циклоконвертора включен входной LC-фильтр.
Рис. 9.14
Подобным же образом можно получить повышающе-понижающий циклоконвертор на основе объединения циклоконвертора с циклическим управлением и повышающе-понижающего регулятора переменного напряжения на базе схемы Кука. Но если в этом регуляторе переменного напряжения его входной ток непрерывен, то в образуемом на его основе повышающе-понижающем циклоконверторе, показанном на рис. 9.15, входной ток станет импульсным, так как непрерывный входной ток регулятора будет «роздан» ключами циклоконвертора по фазам входного напряжения в виде импульсных токов. Значит, и в этом случае потребуется входной LC-фильтр для обеспечения синусоидального тока в фазах источника питания.
Рис. 9.15
Тем не менее можно построить повышающе-понижающий циклоконвертор в интеграции с регулятором на базе схемы Кука, если накопительный дроссель L в схеме рис. 9.15 расщепить на три и вынести в фазы входного напряжения, при этом сам циклоконвертор выполнить не по нулевой, а по трехфазной мостовой схеме, как показано на рис. 9.16, причем ключи циклоконвертора К1-К6 реализовать по схеме 8.14.
Рис. 9.16
Если учесть, что ключи К1-К6 могут проводить ток в любом направлении, то по сути мост на ключах К1-К6 эквивалентен встречно-параллельному включению двух трехфазных мостовых схем на вентилях с односторонней проводимостью. Тогда напряжение на выходе моста на ключах К1-К6 может иметь любую из двух полярностей в зависимости от того, какими транзисторами ключей (например, Т1 и Т1’ в ключе К1) и когда ими управлять. Таким образом, ключи К1-К6 как бы делают возможным питание такого преобразователя от трехфазной сети переменного напряжения, а не от постоянного напряжения. При этом на первом интервале такта преобразования, как и прежде, должны происходить запасание энергии в накопительных индуктивностях L в цепи трехфазного переменного тока и одновременно обеспечиваться питание выходной цепи от накопительной емкости С. Это выполняется включением на первом интервале всех ключей К1-К6 моста, что приводит к соединению накопительных дросселей в звезду, и подключением конденсатора С к выходной цепи.
На втором интервале такта остаются включенными только три ключа моста ключей К1-К6, а именно те из ключей, которые обеспечивают протекание тока в накопительных индуктивностях в прежних направлениях и заданную полярность выходного напряжения моста. При этом включается и ключ К7, что приводит к передаче энергии из накопительных дросселей L в накопительный конденсатор С и одновременно питание нагрузки от энергии реактивных элементов выходного LфCф-фильтра.
Как было установлено в разделе 8, уровень выходного напряжения регулятора Кука зависит от относительной длительности первого интервала такта, причем достаточно линейно до уровня относительной длительности.