ИНВЕРТОРЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ




Общие сведения

 

Применение полностью управляемых ключей (транзисторов, запираемых тиристоров и др.) позволяет не только изменять параметры преобразователей, но и создавать новые типы электрических устройств. К последним относятся автоном­ные инверторы, или инверторы с самокоммутацией, — преобразователи постоян­ного тока в переменный, в которых используются полностью управляемые ключи. Следует отметить, что автономные инверторы могут быть изготовлены на основе обычных тиристоров с принудительной коммутацией под воздействием напряже­ний, создаваемых устройствами принудительной коммутации, входящих в состав инвертора или его нагрузки. Такие инверторы кратко рассмотрены в этой главе, так как обычный тиристор с устройством принудительной коммутации функцио­нально сходен с полностью управляемым прибором [11]. Однако существует класс инверторов с коммутацией, обусловленной резонансными явлениями в выходных цепях, включающих в себя элементы инвертора и (или) нагрузки. Этот класс инверторов более подробно рассмотрен в гл. 8. В этой главе рассматриваются автономные инверторы тока и инверторы напряжения.

Эти виды инверторов имеют следующие определения:

· инвертор напряжения — инвертор, подключенный к источнику постоянного тока с преобладающими свойствами источника напряжения;

· инвертор тока — инвертор, подключенный к источнику постоянного тока с преобладающими свойствами источника тока.

Рассмотрим эти инверторы более подробно на примере упрощенных схем, (рис. 7.1) подключенных к источнику постоянного напряжения Ud.

 

 

 

а б

а б

Рис. 7.1. Упрощенные схемы инверторов: а — инвертор тока; б — инвертор напряжения

 

В цепи постоянного тока инвертора (рис. 7.1, а) включен реактор с большой индуктивностью. Тогда при коммутации ключевых элементов К 1— К 4 ток в реакторе меняется незначительно. Ключевые элементы инвертора изменяют направление (но не мгновенное значение) тока в нагрузке. Поэтому можно считать, что нагрузка под­ключена к источнику тока. Нагрузка таких схем носит, как правило, емкостной характер, так как при индуктивной нагрузке из-за скачкообразного изменения тока возникли бы перенапряжения, нарушающие нормальную работу элементов схемы. В некоторых типах инверторов тока, рассчитанных на индуктивную нагрузку, предусматриваются устройства для отвода части энергии, накопленной в индуктив­ности нагрузки.

В схеме на рис. 7.1, б источник постоянного напряжения подключен к ключе­вым элементам, которые периодически коммутируют цепи нагрузки при измене­нии полярности напряжения, подаваемого к нагрузке. Поэтому можно считать, что нагрузка подключена к источнику переменного напряжения. Такая схема соот­ветствует схеме инвертора напряжения. Нагрузка в этом случае носит активный или активно-индуктивный характер (если на выходе инвертора не установлены фильтры), так как при емкостном характере нагрузки из-за скачкообразного изме­нения напряжения имели бы место всплески токов. Часть энергии, накопленной в индуктивности нагрузки, возвращается в источник постоянного напряжения. Для этого ключевые элементы, имеющие одностороннюю проводимость, шунти­руют диодами, включенными «обратно» по отношению к полярности источника переменного напряжения. Такие диоды иногда называют обратными диодами. В схеме на рис. 7.1, б они не используются, так как считается, что ключи К 1— К 4имеют двустороннюю проводимость.

Законы изменения токов в цепи нагрузки инвертора напряжения при опреде­ленных условиях подобны законам изменения узловых потенциалов на шинах нагрузки инвертора тока. Такое соответствие законов известно в электротехнике как принцип дуальности (двойственности) цепей. В рассматриваемом случае дуальными элементами в схемах инверторов (рис. 7.1) являются:

· источники напряжения;

· сопротивление и проводимость нагрузки;

· индуктивность и емкость на стороне нагрузки.

Используя принцип дуальности, можно результаты анализа процессов в схеме инвертора одного типа, например инвертора тока, путем определенных преобразо­ваний распространить на схему инвертора другого типа — инвертора напряжения, и наоборот.

Индуктивность сглаживающего реактора Ld в инверторе тока имеет конечное значение и оказывает существенное влияние на динамические характеристики инвертора, т. е. чем меньше эта индуктивность, тем меньше всплески и провалы выходного напряжения при скачкообразных изменениях нагрузки инвертора. В цепях постоянного тока некоторых инверторов напряжения имеется индуктив­ность, обеспечивающая коммутацию тиристоров. Поэтому наличие индуктив­ности в цепи постоянного тока еще не является достаточным признаком для опре­деления типа схемы (инвертор тока или инвертор напряжения). Необходимо знать характер изменения входного тока инвертора.

Как уже отмечалось, применение полностью управляемых ключей позволяет не только упростить схемы автономных инверторов, но и значительно повысить качество преобразуемых параметров в преобразователях. Такая возможность реа­лизуется посредством широтно-импульсной модуляции процессов изменения напряжений и токов инвертора. В преобразователях переменного тока применя­ется ШИМ по синусоидальным или другим требуемым законам изменения основ­ных параметров. В результате обеспечивается синусоидальность (снижение уровня высших гармоник по сравнению с основной гармоникой) напряжения или тока. Кроме того, формирование напряжения требуемого спектрального состава позволяет создавать новые виды силовых электронных устройств — активные и гибридные фильтры. Одновременно со снижением высших гармоник тока (напря­жения) ШИМ повышает коэффициент мощности в выпрямителях, инверторах, ведомых сетью, преобразователях частоты и других типах преобразователей.

Полностью управляемые ключи в преобразователях переменного/постоянного тока позволяют расширить диапазоны изменения углов сдвига между напряже­нием сети и током и обеспечивают работу устройства со значениями углов управ­ления от 0 до 2α. При этом обычно используется синусоидальная ШИМ и, следо­вательно, существенное улучшение качества входных и выходных параметров преобразователя. Полностью управляемые ключи позволяют создавать прямые преобразователи частоты, не только понижающие, но и повышающие частоту выходного напряже­ния по сравнению с частотой входного напряжения. В регуляторах переменного напряжения полностью управляемые ключи позво­ляют посредством ШИМ обеспечить синусоидальность тока в нагрузке и повы­сить входной коэффициент мощности.

Инверторы напряжения

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-01-11 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: