Расписанные билеты, но с КУЧЕЙ опечаток. 6 10 вопросы. Заключение по всем генераторам. 87

• Название: 6 10 вопросы. Заключение по всем генераторам. 87
• Дата: 03.04.2023
• Размер: 4.6 Mb.
• Имя файла: Расписанные билеты, но с КУЧЕЙ опечаток.docx
• Тип: Документы; #1034382
• страница: 13 из 17

13. Инверторы. Общие сведения, принцип работы, схемотехника. Автономный трехфазный инвертор. Способы управления.

Инверторы. Общие сведения, принцип работы, схемотехника.

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.

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.

Классификация инверторов:

1) По способу запирания:

· Ведомые сетью, в таких инверторах запирание силовых ключей происходит в момент подачи на анод отрицательной полуволны входного напряжения.

· Автономные инверторы (АИ), в таких инверторах силовые ключи запираются либо с помощью вспомогательных коммутирующих конденсаторов, либо с помощью управляющих запирающих импульсов от БУИ.

2) По форме выходного напряжения и тока:

· Автономные инверторы напряжения (АИН), в которых форма выходного напряжения не зависит от характера нагрузки, а определяется только последовательностью коммутации силовых ключей, а форма выходного тока зависит от характера нагрузки.

· Автономные инверторы тока (АИТ), в которых форма выходного тока не зависит от характера нагрузки, а форма выходного напряжения зависит от характера нагрузки.

3) По элементной базе:

· Инверторы на базе тиристоров, область применения таких элементов определяется напряжением питающей сети. Как правило, тиристорные инверторы используют в сетях напряжением 6-10 кВ.

· Транзисторные автономные инверторы, в качестве силовых ключей у них используются биполярные транзисторы. Наиболее современным транзистором является IGBT, область применения которого ограничивается до 6 кВ.

4) По управляемости:

· Автономные инверторы с поочередной коммутацией.

· Автономные инверторы с индивидуальной коммутацией.

5) По виду выпрямителя:

· С управляемым выпрямителем.

· С неуправляемым выпрямителем.

Автономный трехфазный инвертор.

Одним из наиболее простых преобразователей этого типа является автономный инвертор напряжения (АИН). Питание инвертора осуществляется от источника постоянного напряжения. В цепи выпрям­ленного напряжения инвертора имеется конденсатор. Трехфазный мосто­вой инвертор содержит шесть транзисторов, каждый из которых зашунтирован обратным диодом. Транзисторы подключены к положительному и отрицательному полюсам конденсатора, а также к фазам нагрузки.

Нагрузка соединена в звезду и подключена прямо к выходным зажимам инвертора без трансформатора, однако, нагрузка может соединяться и в треугольник, а для согласования уровней напряжений инвертора и нагрузки могут использоваться три однофазных либо один трехфазный трансформатор, как и в обычных трехфазных системах переменного напряжения.

Принципиальная электрическая схема трехфазного автономного инвертора напряжения представлена ниже.



Электромагнитные процессы и характеристики инвертора определяются следующими факторами:

• 
  схемой соединения нагрузки (звезда/треугольник);
  
• 
  характером нагрузки;
  
• 
  способом управления.
  

Способы управления.



180-градусное управление.



Эффективное значение линейного напряжения:



Эффективное значение фазного напряжения:



При 180-градусном управлении каждый из транзисторов находится в открытом состоянии 180°, пары транзисторов, образующих вертикальные стойки, как и в однофазных двухтактных схемах, работают в противофазе, управление вертикальными стойками транзисторов осуществляется со сдвигом на 120°.

Алгоритм управления транзисторами и диаграммы напряжений показаны на рисунке выше.

Управляющие импульсы на каждый очередной транзистор подаются через 60°. В результате на интервале одного периода выходного напряжения образуется шесть интервалов неизменного состояния схемы.

На выходе инвертора появляются три линейных напряжения с амплитудой, равной напряжению U_d, и с паузой на нулевом уровне 60°. Эти напряжения взаимно сдвинуты на 120°. Наличие указанной паузы автоматически обеспечивает достаточно хорошее качество переменного напряжения, так как отсутствуют третья и кратные ей гармоники.

Фазные напряжения наглядно и легко определяются для симметричной активной нагрузки, т.е. при Z_A=Z_B=Z_C=R_H.

На любом интервале фазные нагрузки подключаются к источнику питания так, что две из них включаются параллельно между собой и последовательно с третьей. В связи с этим очевидно, что в условиях равенства сопротивлений нагрузки в фазах напряжения фаз, нагрузки которых включены параллельно, равны ±Uвx/3, а напряжение фазы, нагрузка которой включена последовательно, равно ±2Uвx/3. В результате фазные напряжения имеют двухступенчатую форму с амплитудой первой ступени U_d/3 и второй ступени 2U_d/3. Фазные напряжения также имеют взаимный фазовый сдвиг в 120°.

120-градусное управление.



Эффективное значение линейного напряжения:



Эффективное значение фазного напряжения:



При 120-градусном управлении каждый из транзисторов находится в открытом состоянии 120° в соответствии с алгоритмом управления, показанным на рисунке.

Если при 180-градусном управлении в любой момент одновременно открыты три ключа, то при 120-градусном — два.

Из схем подключения нагрузок для каждого интервала неизменного состояния транзисторов видно, что все время к источнику подключены последовательно по две фазные нагрузки, а третья находится в отключенном состоянии. Если принять сопротивления фаз нагрузки одинаковыми и чисто активными, то выходные фазные напряжения будут на соответствующих интервалах равны либо U_d/2, либо нулю.

Линейное напряжение, таким образом, имеет ступенчатую форму с амплитудой первой ступени U_dи второй U_d/2.

При активно-индуктивной нагрузке процессы усложняются, а форма напряжений начинает изменяться. Это является недостатком инвертора при 120-градусном управлении.

Тактностъ схемы характеризуется взаимосвязью работы транзисторных ключей. В двухтактных схемах всегда можно выделить пары противотактно работающих ключей (один замыкается, другой размыкается). В однотактных ключи работают синхронно.

Регулировать значение выходного напряжения АИН можно несколькими способами:

• 
  широтно-импульсное регулирование (ШИР);
  
• 
  метод геометрического суммирования;
  
• 
  широтно-импульсная модуляция (ШИМ).
  

Наибольшее применение на практике получили три способа широтно - импульсного регулирования напряжения инверторов:

- Регулирование по прямоугольному закону, когда среднее значение выходного напряжения и ширина импульса изменяются по прямоугольному признаку;

- Регулирование по трапецеидальному закону - в этом случае среднее значение выходного напряжения имеет вид трапеции;

- Регулирование по синусоидальному закону, когда ширина импульсов выходного напряжения регулируется по синусоидальному закону.

Регулирование выходного напряжения АИН.





Если передний фронт составляющих импульсов сдвигать на угол α в сторону отставания, как показано на рисунке (или задний фронт в сторону опережения, или оба одновременно), то будет уменьшаться длительность составляющих импульсов λ, а значит, будет изменяться действующее значение напряжения на нагрузке.

Из полученного выражения и из временной диаграммы следует, что максимальное напряжение соответствует нулевому значению угла α. Очевидно, что выходное напряжение равно нулю при α=π. Регулировочная характеристика, построенная по полученной зависимости, имеет вид, показанный на рисунке.





Различают два типа широтно-импульсной модуляции:

1. 
   Однополярная ШИМ;
   
2. 
   Двухполярная ШИМ.
   

При однополярной ШИМ выходное напряжение формируется из последовательности однополярных импульсов. Для образования паузы при активно-индуктивной нагрузке схема управления должна обеспечить протекание тока нагрузки через два вентиля, подключающих нагрузку накоротко к одной из шин источника питания.

При двухполярной ШИМ паузы однополярной ШИМ заполняются импульсами противоположной полярности.