ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ЮЖНОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА В г. ТАГАНРОГЕ
КАФЕДРА ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И МЕХАТРОНИКИ
Отчёт по лабораторной работе №3
«Натурное моделирование трехфазно-однофазного преобразователя частоты с непосредственной связью, выполненного по мостовой схеме»
Выполнил: Студент гр.
Проверил: Ассистент каф. ЭиМ
Мазалов А.А.
Таганрог 2010 г.
Основные теоретические сведения
Преобразователями частоты называют устройства для преобразования переменного напряжения одной частоты (постоянной или регулируемой) в переменное напряжение другой частоты (постоянной или регулируемой). Такие устройства однокаскадного преобразования частоты получили название преобразователей частоты с непосредственной связью или циклоконверторов (за рубежом). (В последние годы такие преобразователи на полностью управляемых вентилях стали называть еще матричными преобразователями.) Термин «непосредственная связь» добавлен для того, чтобы отличать этот вид преобразователей частоты от двухкаскадных (многокаскадных) преобразователей частоты по структуре выпрямитель – автономный инвертор, называемых еще преобразователями частоты с промежуточным звеном постоянного тока (напряжения) в зависимости от типа автономного инвертора (тока или напряжения). Подобные составные из базовых ячеек преобразовательные устройства будут рассмотрены в третьей части учебника.
Преобразователи частоты с непосредственной связью подразделяются на два класса, а именно
• преобразователи на вентилях с неполным управлением (тиристорах) с отстающим фазовым регулированием и формированием кривой выходного напряжения;
• преобразователи на вентилях с полным управлением (транзисторы, двухоперационные тиристоры). Эти преобразователи в зависимости от способа формирования кривой выходного напряжения подразделяются на преобразователи с однократной модуляцией (циклическое управление), с широтно-импульсным управлением энергообменом реактивных накопительных элементов, с широтно-импульсной модуляцией в неявном звене постоянного тока (напряжения).
Рассмотрим принцип работы преобразователя с непосредственной связью и естественной коммутацией на примере трехфазно-однофазной схемы (рис. 1). В схеме преобразователя можно выделить две группы тиристоров: группу I—катодную (VS1, VS2, VS3) и II —анодную (VS4, VS5, VS6). Допустим, что нагрузка Z — активная. Управляющие импульсы в процессе работы поступают на тиристоры анодной и катодной групп поочередно. Когда управляющие импульсы, синхронизированные по частоте с напряжением питающей сети, подаются последовательно на тиристоры VS1, VS2, VS3
Рис. 1. Преобразователь частоты с непосредственной связью: а—схема, б—диаграмма выходного напряжения при активной нагрузке без паузы между коммутацией групп I и II
катодной группы, она работает в режиме выпрямления (по трехфазной схеме со средней точкой), формируя на нагрузке положительную полуволну напряжения относительно нулевого вывода трансформатора (рис. 1, б). Управляющие импульсы поступают на тиристоры со сдвигом относительно линейных напряжений питающей сети на угол а. При работе тиристоров VS4, VS5, VS6 анодной группы 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 f1.
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 времени работы анодной и катодной групп должны быть равны между собой. На рис. 1, б представлена диаграмма выходного напряжения при активной нагрузке. Из рис. 1, б видно, что тиристоры катодной группы вступают в работу только после снижения до нуля полуволны напряжения, формируемой анодной группой, и наоборот. Это объясняется тем, что тиристор находится во включенном состоянии до тех пор, пока ток, протекающий через него (в рассматриваемом случае ток совпадает по фазе с напряжением), не спадет до нуля.
Схема непосредственного преобразователя частоты на базе трехфазных мостовых схем выпрямителей показана на рис. 2. В случае общей системы входных напряжений для всех мостовых схем фазы нагрузки преобразователя получаются несвязанными. Для соединения фаз нагрузки в звезду требуется наличие входного трансформатора, обеспечивающего питание вентилей каждой выходной фазы преобразователя от своей системы вторичных обмоток.
 |
Рис. 2
Тиристор - это переключающий полупроводниковый прибор, пропускающий ток в одном направлении. Этот радиоэлемент часто сравнивают с управляемым диодом и называют полупроводниковым управляемым вентилем (Silicon Controlled Rectifier, SCR).Тиристор имеет три вывода, один из которых - управляющий электрод, можно сказать, "спусковой крючок" - используется для резкого перевода тиристора во включенное состояние.
Тиристор совмещает в себе функции выпрямителя, выключателя и усилителя. Часто он используется как регулятор, главным образом, когда схема питается переменным напряжением. Нижеследующие пункты раскрывают четыре основных свойства тиристора:
- тиристор, как и диод, проводит в одном направлении, проявляя себя как выпрямитель;
-тиристор переводится из выключенного состояния во включенное при подаче сигнала на управляющий электрод и, следовательно, как выключатель имеет два устойчивых состояния. Тем не менее для возврата тиристора в выключенное (разомкнутое) состояние необходимо выполнить специальные условия;
-управляющий ток, необходимый для перевода тиристора из закрытого состояния в открытое, значительно меньше (несколько миллиампер) при рабочем токе в несколько ампер и даже в несколько десятков ампер. Следовательно, тиристор обладает свойствами усилителя тока;
-средний ток через нагрузку, включенную последовательно с тиристором, можно точно регулировать в зависимости от длительности сигнала на управляющем электроде. Тиристор при этом является регулятором мощности.