Обратите особое внимание на принципы построения, временные диаграммы, методы расчета и характеристики АИТ и АИН.
Недостаток АИТ ‑ плохая внешняя характеристика.
Существует много схем АИН. Однако, наибольшее применение в электроприводе переменного тока получила трехфазная мостовая схема на полностью управляемых (транзисторах или запираемых тиристорах) вентилях. В этой схеме управляемые вентили могут работать с длительностью открытого состояния = 120о и = 180о. При угле проводимости вентилей = 180о обеспечивается непрерывная связь фаз нагрузки с источником питания и лучшая форма напряжений на выходе, независимая от параметров нагрузки. Это обусловило более широкое применение такого управления.
Регулирование напряжения на выходе АИН может осуществляться с помощью импульсной модуляции. Из импульсных методов регулирования выходного напряжения наибольшее распространение получила широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Частота модуляции должна быть хотя бы на порядок выше, чем наибольшая частота выходного напряжения. При широтно-импульсной модуляции (ШИМ) одновременно обеспечивается регулирование напряжения на выходе АИН и изменение его по синусоидальному закону. АИН на IGBT транзисторах в настоящее время являются наиболее перспективным видом АИ.
Литература: [1, с. 402 – 441; 4, с. 40 – 88].
1. В чем отличие ведомого и автономного инвертора?
2. По каким схемам могут выполняться автономные инверторы?
3. По каким признакам классифицируются автономные инверторы? Чем отличается автономный инвертор напряжения от автономного инвертора тока?
4. От каких параметров и как зависит время td в автономных инверторах тока и напряжения?
5. Объясните вид внешних характеристик автономных инверторов тока и напряжения.
6. Как зависит напряжение на выходе автономных инверторов тока и напряжения от частоты?
7. Каково назначение элементов Cк, Ld в тиристорных автономных инверторах тока и напряжения?
8. Как снимаются внешние характеристики автономных инверторов?
9. Как изменить частоту выходного напряжения автономного инвертора?
10. Зачем в инверторах напряжения включаются обратные диоды?
11. Почему выходное напряжение в инверторе тока может быть больше, чем входное?
12. Что такое опрокидывание инвертора и каковы его причины?
13. Как прервать аварийный ток при опрокидывании инвертора?
14. Какими элементами отличаются автономные инверторы напряжения, выполненные на полностью и неполностью управляемых вентилях?
15. Какой аварийный режим возникает при сбросе нагрузки до холостого хода в автономном инверторе тока?
5.11. Управляемые выпрямители напряжения (активные
выпрямители). Обратимые преобразователи напряжения (ОПН).
Управляемые выпрямители тока и управляемые выпрямители напряжения. Схемы. Обратимые преобразователи напряжения Анализ процессов в обратимых преобразователях напряжения. Энергетические показатели ОПН. Схемы управления ОПН.
Методические указания
Все существующие управляемые выпрямители можно разделить на управляемые выпрямители тока и управляемые выпрямители напряжения.
Изученные ранее классические тиристорные выпрямители являются управляемыми выпрямителями тока. В них ток на выходе может протекать только в одном направлении, а напряжение может менять знак.
Управляемые выпрямители напряжения выдают на выходе напряжение одной полярности, а ток в них может менять направление. Они выполняются на вентилях, которые могут проводить ток в обоих направлениях. Такими вентилями являются транзисторы (или запираемые тиристоры) со встречно-параллельно включенными диодами. Обычно они выполняются в виде диодно-транзисторных модулей. В качестве транзисторов чаще всего используются IGBT-транзисторы.
На стороне переменного напряжения управляемого выпрямителя напряжения обязательно должна быть индуктивность, а на стороне постоянного – ёмкость.
Управляемый выпрямитель напряжения и автономный инвертор напряжения являются обратимыми преобразователями напряжения. Иными словами обратимый преобразователь напряжения (ОПН) может работать в выпрямительном и инверторном режиме, передавая энергию из сети переменного тока в цепь постоянного и обратно, то есть, меняя направление потока мощности. При этом изменяется направление тока при неизменной полярности напряжения. Обратите внимание на то, что в однокомплектном рекуперирующем тиристорном преобразователе, работающем в выпрямительном и инверторном режиме, также обеспечивается изменение направления потока мощности. Но при этом изменяется полярность напряжения при неизменном направлении тока.
ОПН позволяет существенно повышать постоянное напряжение при выпрямлении, а также существенно понижать переменное напряжение при инвертировании.
Литература: [1, с. 442 – 461; 4, с. 89 – 111].
1. В каких пределах изменяется напряжение на выходе управляемого выпрямителя напряжения и управляемого выпрямителя тока?
2. Какие допущения принимаются при анализе ОПН?
3. Как происходит переход от выпрямительного режима к инверторному при релейном регулировании?
4. Как происходит переход от выпрямительного режима к инверторному при ШИМ?
5. Преимущества ОПН.
5.12. Преобразователи частоты (ПЧ)
Классификация. Двухзвенные ПЧ. Рекуперация в ПЧ. Двухзвенный ПЧ с обратимым рекуперирующим преобразователем напряжения на входе. Непосредственные ПЧ (НПЧ). Принцип действия НПЧ. Законы управления выходным напряжением. Расчет НПЧ. Сравнение ПЧ.
Методические указания
Преобразователи частоты сейчас особенно актуальны в связи с развитием электропривода переменного тока. Преобразователи частоты для частотно-регулируемых электроприводов преобразуют электроэнергию, поступающую из сети переменного тока, в электроэнергию с меняющейся по заданным законам частотой и напряжением.
Преобразователи частоты по построению могут быть разбиты на 2 типа: двухзвенные преобразователи частоты (ДПЧ) и непосредственные преобразователи частоты (НПЧ).
ДПЧ позволяют получить на выходе частоты как меньшие, так и большие входных. Регулирование напряжения на выходе ПЧ на основе АИН может осуществляться, как с помощью управляемого выпрямителя, так и с помощью АИН с импульсной модуляцией.
Динамическое торможение обеспечивается путем включения параллельно конденсатору фильтра цепи, содержащей тормозной резистор и транзистор. При торможении асинхронного двигателя снижается его скорость и генерируемое им напряжение. Передача энергии в цепь постоянного тока к конденсатору, имеющему более высокое напряжение, осуществляется за счет перехода АИН в режим выпрямителя напряжения с ШИМ (обращенного АИН), позволяющего повышать напряжение на выходе. Эта схема целесообразна при редких торможениях.
При частых торможениях целесообразна установка в качестве первого звена обратимого рекуперирующего преобразователя напряжения с ШИМ. Так реализуется симметричный рекуперирующий ДПЧ на основе АИН. Этот преобразователь является самым идеальным на сегодняшний день для электроприводов с частыми торможениями.
Рекуперация энергии при торможении в ДПЧ на базе АИТ возможна при сохранении направления тока переводом АИТ в режим выпрямления, а управляемого выпрямителя на входе в режим инвертирования.
Каждая фаза НПЧ выполняется на основе реверсивного двухкомплектного преобразователя с раздельным или совместным управлением комплектами. Возможны два закона управления прямоугольный и синусоидальный. Преимущества НПЧ – однократное преобразование энергии, позволяющее получить более высокий КПД, однотипность применяемых вентилей. Недостатки НПЧ низкая предельная частота, низкий коэффициент мощности.
Литература: [1, с. 462 – 475; 4, с. 112 – 126].
1. Сравните двухзвенный и непосредственный преобразователи частоты.
2. Что такое регулировочная (частотная) характеристика преобразователя частоты?
3. Какой вид и почему имеет регулировочная (частотная) характеристика преобразователя частоты для электропривода?
4. Как снять внешнюю характеристику?
5. Как снять регулировочную (частотную) характеристику?
6. Как определить КПД АИН?
7. Как определить КПД преобразователя частоты?
8. Как выглядит внешняя характеристика первого звена двухзвенного преобразователя частоты?
9. Назначение элементов силовой схемы преобразователя частоты.
5.13. Преобразователи переменного напряжения
Классификация. Принципы построения. Законы управления выходным напряжением. Сравнение.
Методические указания
Преобразователи переменного напряжения (регуляторы переменного напряжения) предназначены для изменения величины переменного напряжения.
Обратите внимание на законы управления и энергетические показатели. Усвойте область применения преобразователей переменного напряжения в электроприводе.
Литература: [1, с. 476 – 480; 4, с. 127 – 132].
1. Классификация преобразователей переменного напряжения и способов их управления.
2. Принцип действия преобразователя при фазовом и широтно-импульсном управлении.
3. Сравните способы регулирования переменного напряжения по энергетическим показателям?
4. Укажите область применения фазового регулирования в электроприводе.
5.14. Стабилизаторы напряжения и тока
Основные параметры. Параметрические стабилизаторы. Непрерывные стабилизаторы. Импульсные стабилизаторы. Стабилизаторы в интегральном исполнении. Непрерывные стабилизаторы.