Учебнометодическое пособие по учебной дисциплине Силовая преобразовательная техника
 Скачать 6.05 Mb.
|
|
, ведомого сетью 2 Оснащение рабочего места: - методические указания по выполнению практической работы, справочная литература 3 Теоретические сведения Инвертирование - это преобразование постоянного тока в переменный. Существует два типа инверторов: ведомые и автономные. Ведомые инверторы (ВИ) работают на сеть, в которой есть другие источники электроэнергии. Коммутации вентилей в них осуществляются за счет энергии этой сети. Частота на выходе ВИ равна частоте сети, а напряжение- напряжению сети. Автономные инверторы (АИ) - это инверторы, которые работают на сеть, в которой нет других источников электроэнергии. Коммутации вентилей в них осуществляются благодаря применению полностью управляемых вентилей или устройств искусственной коммутации. При этом частота на выходе АИ определяется частотой управления, а напряжение – параметрами нагрузки и системой регулирования. Зависимым инверторомназывается инвертор, частота, форма и величина выходного напряжения которого определены внешней сетью. Назначение зависимого инвертора сводится к поставке дополнительной активной мощности в существующую систему переменного напряжения. В случаях, когда требуется быстро и эффективно вывести накопленную энергию из обмоток путем сброса с них тока, полярность напряжения на обмотке необходимо изменить на обратную, что также обеспечивает вентильном преобразователе увеличением угла регулирования α за 90 0 . Вмомент спада тока до нуля режим зависимого инвертирования естественнопрекратится, так как исчезнет источник временной энергии в звене постоянноготока. Таким образом, выпрямители и зависимые инверторы имеют одинаковые принципиальные схемы преобразования, но зависимые инверторы не могут быть выполнены на неуправляемых вентилях. На рисунке 6.1 изображена схема трехфазного мостового зависимого инвертора. 179 Рисунок 6.1 - Схема трехфазного мостового зависимого инвертора Для расчета характеристик зависимого инвертора удобнее вместо угла α пользоваться углом регулирования β, дополняющим угол α до 180 0 : α + β =180 0 Это делает все зависимости характеристик от угла β в инверторе подобными зависимостям соответствующим характеристик от угла α в выпрямителе. Методика построения временных диаграмм та же, что и при выпрямительном режиме работы. Для инверторного режима характерны две особенности временных диаграмм. Во-первых, значительно меньшая длительность интервала приложения к вентилю обратного напряжения: δ = β – γ ≥ δв которая должна быть больше паспортного времени восстановления управляющих свойств вентилей с неполным управлением (тиристоров) δВ. Эта особенность ограничивает минимально возможное значение угла регулирования β в инверторном режиме величиной: 𝛽 𝑚𝑖𝑛 = 𝛾 𝑚𝑎𝑥 + 𝛿 в На рисунке 6.2 изображены временные диаграммы работы трехфазного мостового инвертора, ведомого сетью. 180 Рисунок 6.2 - Временные диаграммы работы трехфазного мостового инвертора, ведомого сетью Характерной особенностью работы зависимого инвертора является то, что в течении времени, большего половины непроводящей части периода, напряжение на тиристоре положительно и он удерживается в запертом состоянии лишь управляющим импульсом, поскольку отрицательная постоянная составляющая напряжения Udможет уравновешиваться лишь положительной постоянной составляющей напряжения на тиристоре. Тиристор должен успеть восстановить свои запирающие свойства за время, в течении которого напряжение на тиристоре, вышедшем из работы, остается отрицательным. В противном случае тиристор вступает в работу, т.е. начинает проводить ток. ЭДС вентильной обмотки при этом не препятствует, как это должно быть при инвертировании, а содействует протеканию тока. Поэтому ток под действием двух согласно направленных ЭДС – ЭДС вентильной обмотки трансформатора и ЭДС внешнего источника цепи постоянного тока – резко возрастает. Этот режим является аварийным и называется опрокидыванием инвертора. Таким образом для устойчивой работы инвертора необходимо, чтобы уголδпревышал угол восстановления запирающих свойств тиристора. Возможна и другая причина опрокидывания инвертора, связанная с неполадкой в управлении тиристором – пропуск отпирания очередного тиристора. Развитие этого процесса зависит от величины индуктивности сглаживающего реактора в цепи выпрямленного тока. В случае одиночного пропуска отпирания или 181 одиночного повторного вступления тиристора в работу инвертор может восстановить нормальный режим без отключения. Из-за достаточно большой индуктивности сглаживающего реактора аварийный ток нарастает медленно, и через период после пропуска может произойти коммутация тока в тиристоре Т2, после чего втягивается в нормальную работу. При небольшой индуктивности сглаживающего реактора аварийный ток нарастает быстро и через период после пропуска коммутации на тиристор Т2 не может завершится – ток слишком велик. После этого ток продолжает нарастать до отключения инвертора. Опрокидывание инвертора может произойти и вследствие уменьшения напряжения сети. Учитывая отмеченные особенности, индуктивность сглаживающего реактора при инвертировании тока следует выбирать гораздо больше, чем при выпрямлении. 4 Порядок выполнения работы 4.1 Ознакомиться с методическими указаниями. 4.2 Составить отчет о проделанной работе. 4.3 Ответить на контрольные вопросы. 5 Содержание отчета 5.1 Название и цель практической работы. 5.2 Схема трехфазного зависимого инвертора. Краткое описание работы схемы. 5.3 Диаграммы работы трехфазного инвертора. 5.4 Выводы о выполненной работе. 6 Контрольные вопросы 6. 1 Сформулируйте в чем отличие ведомого и автономного инвертора? 6.2 Назовите схемы по которым могут быть выполнены автономные инверторы? 6.3 Назовите область применения ведомых инверторов 6.4 Перечислите вентили на котрых могут выполняться ведомые инверторы? Литература 1 Гельман, М.В. Преобразовательная техника. Полупроводниковые приборы и элементы микроэлектроники: Учебное пособие/М.В.Гельман.- Челябинск: Изд-во ЮурГУ, 2000. 2 Розанов, Ю.К. Силовая электроника: учебник для вузов/Ю.К. Розанов, М.В. Рябчицкий, А.А Кваснюк.-М.:Издательский дом МЭИ, 2007. 182 Лабораторная работа №6 Исследование работы трехфазного мостового инвертора на IGBT- транзисторах 1 Цель работы: - сформулировать умение анализировать принцип действия трехфазного мостового инвертора на IGBT-транзисторах - практически изучить принцип работы схемы трехфазного мостового инверторана IGBT-транзисторах - приобрести навыки в сборке и настройке схемы - изучить безопасные методы работы на лабораторном стенде 2 Оснащение рабочего места: лабораторный стенд методические указания по выполнению лабораторной работы 3 Теоретические сведения Инвертирование - это преобразование постоянного тока в переменный. Существует два типа инверторов: ведомые и автономные. Ведомые инверторы (ВИ) работают на сеть, в которой есть другие источники электроэнергии. Коммутации вентилей в них осуществляются за счет энергии этой сети. Частота на выходе ВИ равна частоте сети, а напряжение- напряжению сети. Автономные инверторы (АИ) - это инверторы, которые работают на сеть, в которой нет других источников электроэнергии. Коммутации вентилей в них осуществляются благодаря применению полностью управляемых вентилей или устройств искусственной коммутации. При этом частота на выходе АИ определяется частотой управления, а напряжение – параметрами нагрузки и системой регулирования. Автономные инверторы (АИ) классифицируются по виду входного тока или напряжения АИ делятся: а) на автономные инверторы тока (АИТ). На входе АИТ действует источник тока, образованный источником ЭДС и большой индуктивностью, форма тока на выходе вентильной группы прямоугольная, а форма напряжения определяется характером нагрузки б) на автономные инверторы напряжения (АИН). На входе АИН действует источник ЭДС, напряжение на выходе вентильной группы прямоугольное, а форма тока определяется характером нагрузки. в) на резонансные (колебательные) автономные инверторы.Это инвертор, на входе и на выходе вентильной группы которого ток прерывистый, а форма напряжения на выходе определяется нагрузкой. 183 В электроприводе в настоящее время наибольшее применение находят АИН на IGBT транзисторах. Автономный инвертор напряжения преобразовывает постоянноенапряжение, подаваемое на его вход, в пропорциональное по величине переменное напряжение. Существует много схем АИН. Однако, наибольшее применение в электроприводе переменного тока получила трехфазная мостовая схема на полностью управляемых вентилях (транзисторах или запираемых тиристорах), приведенная на рисунке 6.1. В этой схеме управляемые вентили могут работать с длительностью открытого состояния λ = 120° и λ = 180°. При угле проводимости вентилей λ =180° 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. Рисунок 6.1 - Транзисторный трехфазный мостовой автономный инвертор напряжения Рассмотрим работу схемы при угле проводимости λ = 180°. В схеме всегда одновременно открыты три управляемых вентиля разных фаз, что обеспечивает независимость формы выходного напряжения на нагрузке от ее параметров. Из алгоритма переключения транзисторов (рисунок 6.2 ) видно, что возможны шесть независимых сочетаний открытых и закрытых состояний управляемых вентилей. Каждому сочетанию соответствует своя эквивалентная схема. Поэтому к каждой фазе прикладывается напряжение равное Ud/3 или 2Ud/3 (при симметричной нагрузке), и фазное напряжение на нагрузке имеет двухступенчатую форму. При соединении нагрузки треугольником к каждой фазе нагрузки либо прикладывается напряжение источника питания, либо в течение 1/6 периода фаза оказывается замкнутой на себя, т.е. фазное напряжение прямоугольное с паузой длительностью 1/6 периода (рисунок 6.2). Линейное напряжение при соединении нагрузки звездой имеет такую же форму. 184 Рисунок 6.2 - Диаграммы токов и напряжений в трёхфазном мостовом АИН 4 Порядок выполнения работы 4.1 Собрать схему подключения инвертора к сети переменного тока (рисунок 6.3 ). Рисунок 6.3 – Схема подключения инвертора к трехфазному источнику переменного тока 185 4.2 Собрать схему подключения напряжения задания для инвертора (рисунок 6.4). Рисунок 6.4 – Схема подключения задания для инвертора 4.3 Подключить стенд к трехфазной сети. Включить три автоматических выключателя, расположенных в левой нижней части стенда – надпись «Сеть». Перед включением стенда необходимо убедиться, что все тумблеры, управляющие включением преобразователей, находятся в положении «выключено», а также на панели стенда присутствуют только необходимые для проведения данного опыта перемычки. 4.4 Подключить релейно-контакторную схему управления (включить тумблер SA70). 4.5 С помощью магнитного пускателя K1 подключить АД КЗ к инвертору, нажав кнопку SB70 «Вперед». 4.6 Выбрать режим работы инвертора (U-IR)/f = Const». Задать частоту инвертор равную нулю. Плавно увеличивая частоту инвертора (прибор «Частота, Гц») с помощью резистора R31 замерить угловую скорость АД КЗ по прибору BR1, рад/с., ток статора по прибору PA3, A, напряжение по прибору PV3, В. Показания приборов BR1 (угловая скорость, рад/с), PV3 (напряжение статора, В), PA3 (ток статора, А) заносят в таблицу 6.1. Примечание: 1) При выбранном режиме работы инвертора (U-IR)/f = Const установив по прибору «Частота, Гц» частоту 50 Гц, на приборе «PV3, В» будет отображаться номинальное напряжение на выходе инвертора. 2) Следует учесть, что прибор «PV3, В» измеряет действующее значение линейного напряжения на выходе инвертора. 3) Так же следует учесть, что в лабораторном стенде в качестве исследуемого асинхронного двигателя используется АД с номинальным фазным напряжением 220 В (при соединении обмоток статора в «звезду»), а используемый инвертор вырабатывает номинальное напряжение 127 В. 4.7 Выбрать режим работы инвертора «Независимое управление» и резистором R31 задать номинальную частоту – 50 Гц (по прибору «Частота, 186 Гц»)Плавно изменяя напряжение на статоре резистором R32, замерить угловую скорость АД КЗ по прибору BR1, рад/с., ток статора по прибору PA3, A, напряжение по прибору PV3, В. Показания приборов BR1 (угловая скорость, рад/с), PV3 (напряжение статора, В), PA3 (ток статора, А) заносят в таблицу 6.1. Для отключения инвертора нажать кнопку SB72 «Стоп». По завершении экспериментального исследования работы инвертора отключить стенд от сети (выключить автоматические выключатели, расположенные в левой нижней части стенда – надпись «Сеть») и снять)установленные перемычки. 4.8 Постройте графики зависимостейf = f(𝑈 1 ) для расчетных данных Таблица 6.1 – Результаты исследований регулировочных характеристик инвертора Режим работы инвертора Регулировочная характеристика инвертора «Независимое управление» f, Гц 𝑈 1 ,В 𝐼 1 , А ω, рад/с « 𝑈 𝑓 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 » f, Гц 𝑈 1 ,В 𝐼 1 , А ω, рад/с 5 Содержание отчета 5.1 Название лабораторной работы и ее цели. 5.2 Схема электрическая принципиальная пуска трехфазного мостового инвертора. Краткое описание работы данной схемы. 5.3 Таблица 6.1, заполненная по результатам опытов. 5.4 Графики зависимостей f = f(𝑈 1 ) для опытных данных. 5.5 Выводы о проделанной работе. 6 Контрольные вопросы 6.1 Поясните в чем отличие ведомого и автономного инвертора? 6.2 Перечислите по каким признакам классифицируются автономные инверторы? 6.3 Объясните чем отличается автономный инвертор напряжения от автономного инвертора тока? 6.4 Объясните на каких вентилях могут выполняться автономные инверторы? 6.5 Поясните сколько составляет угол проводимости транзисторов в трехфазных АИН? 187 Литература 1 Преображенский, В.И. Полупроводниковые выпрямители/В.И. Преображенский. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 136 с.: ил. 2 Розанов, Ю.К. Силовая электроника: учебник для вузов/Ю.К. Розанов, М.В. Рябчицкий, А.А Кваснюк.-М.:Издательский дом МЭИ, 2007. 3 Москаленко, В.В. Автоматизированный электропривод: Учебник для вузов/ В.В.Москаленко – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 416 с.: ил. 188 Лабораторная работа №7 Исследование трехфазного мостового ШИП с симметричным законом управления 1 Цель работы: - сформировать умение анализировать принцип действия трехфазного мостового ШИП с симметричным законом управления - изучить регулировочные характеристики трехфазного ШИП с симметричным законом управления - приобрести навыки в сборке и настройке схемы - изучить безопасные методы работы на лабораторном стенде 2 Оснащение рабочего места: лабораторный стенд методические указания по выполнению лабораторной работы 3 Теоретические сведения Широтно-импульсный преобразователь (ШИП) является полупроводниковым статическим преобразователем электрической энергии. ШИП преобразует входное постоянное напряжение питания (U ВХср = Const, f ВХ = 0) в постоянное регулируемое напряжение на выходе (U ВЫХср = Var, f ВЫХ = 0). Основное назначение широтно-импульсного преобразователя – связать источник постоянного тока с двигателем постоянного тока для регулирования скорости и момента последнего. Основным назначением полупроводникового преобразователя является регулирование скорости исполнительного двигателя электропривода. В электроприводах постоянного тока это достигается регулированием напряжения на выходе преобразователя. Упрощённая схема ШИП представлена на рисунке 7.1. Она содержит четыре транзисторных ключа ТК1-ТК4. В диагональ моста, образованного транзисторными ключами, включена нагрузка. 189 Рисунок 7.1 – Схема транзисторного ШИП Нагрузкой в приводах постоянного тока является двигатель постоянного тока. Питание ШИП осуществляется от источника постоянного тока, шунтированного конденсатором. Наиболее простой способ управления ШИП по цепи якоря симметричный. При симметричном способе управления в состоянии переключения находятся все четыре транзисторных ключа моста, а напряжение на выходе ШИП представляет собой знаки переменные импульсы, длительность которых регулируется входным сигналом. В ШИП с симметричным управлением среднее напряжение U Я на выходе ШИП равно нулю, когда относительная продолжительность включения =0,5. Временные диаграммы ШИП при симметричном способе управления приведены на рисунке 7.2. Симметричный способ управления обычно используется в маломощных приводах постоянного тока. Его преимуществом является простота реализации и отсутствие зоны нечувствительности в регулировочной характеристике. Недостатком ШИП с симметричным управлением является двухполярное напряжение на нагрузке и, в связи с этим, повышенные пульсации тока в якоре исполнительного двигателя. Рисунок 7.2 – Диаграммы поясняющие работу ШИП при симметричном управлении В настоящее время основными приборами силовой электроники в области 190 коммутируемых токов до 50 А являются биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT); полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET). В области коммутируемых токов более 50 А основными приборами силовой электроники являются: силовые модули на базе биполярных транзисторов; силовые модули на базе IGBT. 4Порядок выполнения работы 4.1 Изучить принцип работы схемы (рисунок 7.3). Рисунок 7.3 – Схема силовой части трехфазного ШИП Симметричный режим: -выходное нулевое напряжение соответствует скважности 127 при диапазоне скважности 0..255, соответствует изменению напряжения – U max ..+U max ; - большие пульсации выходного тока, однако, при этом ток носит непрерывный характер; - возможность работы в режиме рекуперативного торможения во всем диапазоне скоростей. Рекуперация тока осуществляется за счет ЭДС самоиндукции. 4.2 Исследовать работу трехфазного широтно-импульсного преобразователя на активную нагрузку. 4.2.1 Собрать схему подключения трехфазного широтно-импульсного преобразователя к сети переменного тока (рисунок 7.4) Рисунок 7.4 – Схема подключения трехфазного широтно-импульсного 191 преобразователя к сети переменного тока 4.2.2 Собрать схему подключения напряжения задания для ШИП (рисунок 7.5) Рисунок 7.5 – Схема подключения задания для ШИП 4.2.3 Собрать схему подключения активной нагрузки на выход трехфазного широтно-импульсного преобразователя (рисунок 7.6). 4.2.4 Подключить стенд к трехфазной сети. Включить три автоматических выключателя, расположенных в левой нижней части стенда – надпись «Сеть». Перед включением стенда необходимо убедиться, что все тумблеры, управляющие включением преобразователей, находятся в положении «выключено», а также на панели стенда присутствуют только необходимые для проведения данного опыта перемычки. Рисунок 7.6 – Схема подключения активной нагрузки на выход трехфазного широтно-импульсного преобразователя 4.2.5 Подключить релейно-контакторную схему управления (включить тумблер SA70). 4.2.6 С помощью магнитного пускателя K5 подключить ШИП, нажав кнопку SB74. 4.2.7 Задать режим работы широтно-импульсного преобразователя 192 симметричный, для этого установить тумблер в положение «Симметр » (тумблер в нижней части панели стенда, в окошке «Скважность (якорь), %.»). 4.2.8 Включить широтно-импульсный преобразователь (тумблер в нижней части панели стенда, в окошке «Скважность (якорь), %.» перевести в положение «Вкл.»). 4.2.9 Измерить среднее значение выпрямленного напряжения на выходе широтно-импульсного преобразователя (по вольтметру PV1), изменяя скважность ШИПа от 0 до 100 % (с помощью резистора задания R21 в окошке «Скважность (якорь), %.»). Данные занести в таблицу 7.1. 4.2.10 По завершении исследования вывести резистор R21 в начальное положение, выключить ШИП (тумблер в нижней части панели стенда, в окошке «Скважность (якорь), %.» перевести в положение «Выкл.»), отключить автоматические выключатели, расположенные в левой нижней части стенда – надпись «Сеть». 4.3 Исследовать работу трехфазного широтно-импульсного преобразователя на двигательную нагрузку. 4.3.1 Собрать схемы в соответствии с п. 4.2.1 и п. 4.2.2, или, при собранной схеме, убедиться в правильности подключения трехфазного широтно-импульсного преобразователя к питающей сети (см. рисунок 7.4) и напряжения задания (см. рисунок 7.5). 3.3.2 Собрать схему подключения якоря двигателя и обмотки возбуждения к ШИП (рисунок 7.7). Рисунок 7.7 – Схема подключения якоря и обмотки возбуждения ДПТ НВ к ШИП 4.3.3 Подключить стенд к трехфазной сети (включить три автоматических выключателя, расположенных в левой нижней части стенда – 193 надпись «Сеть»). Перед включением стенда необходимо убедиться, что все тумблеры, управляющие включением преобразователей, находятся в положении «выключено», а также на панели стенда присутствуют только необходимые для проведения данного опыта перемычки. 4.3.4 Подключить релейно-контакторную схему управления (включить тумблер SA70). 4.3.5 С помощью магнитного пускателя K5 подключить ШИП, нажав кнопку SB74. 4.3.6 Включить ШИП возбуждения (тумблер в нижней части панели стенда, в окошке «Скважность (возбуждение), %») и резистором R22 установить номинальный ток возбуждения ДПТ НВ равный 0,18 А по прибору PA4. 4.3.7 Задать режим работы широтно-импульсного преобразователя несимметричный, для этого установить тумблер в положение «Симметр.» (тумблер в нижней части панели стенда, в окошке «Скважность (якорь), %.»). 4.3.8 Включить широтно-импульсный преобразователь (тумблер в нижней части панели стенда, в окошке «Скважность (якорь), %.» перевести в положение «Вкл.»). 4.3.9 Измерить среднее значение выпрямленного напряжения на выходе широтно-импульсного преобразователя (по вольтметру PV1), изменяя скважность ШИПа от 0 до 100 % (с помощью резистора задания R21 в окошке «Скважность (якорь), %.»). Данные занести в таблицу 7.1. 4.3.10 По завершении исследования вывести резистор R21 в начальное положение, выключить ШИП (тумблер в нижней части панели стенда, в окошке «Скважность (якорь), %.» перевести в положение «Выкл.»), отключить автоматические выключатели, расположенные в левой нижней части стенда – надпись «Сеть» 4.4 После проведения экспериментальных исследований (см. п.4.2 и 4.3) по данным таблицы 7.1 построить регулировочные характеристики трехфазного широтно-импульсного преобразователя при его работе на активную нагрузку и двигательную для симметричного режима работы ШИП. Таблица 7.1 – Результаты исследований регулировочных характеристик ШИПа Нагрузка Регулировочная характеристика ШИПа Активная , % U СР , В I СР , А Двигательная , % U СР , В I СР , А 194 5 Содержание отчета 5.1 Название лабораторной работы и ее цели. 5.2 Схема силовой части трехфазного ШИП . 5.3 Таблица 7.1, заполненная по результатам опытов. 5.4Регулировочные характеристики трехфазного ШИП при его работе на активную нагрузку и двигательную нагрузку при симметричном режиме работы. 5.5 Выводы о проделанной работе. 6 Контрольные вопросы 6.1 Сформулировать определение регулировочной характеристики вентильного преобразователя. 6.2 Дайте определение скважности. В каких пределах изменяется скважность при симметричном и несимметричном управлении ШИП? 6.3 Поясните принцип работы широтно-импульсного преобразователя при симметричном управлении транзисторами. 6.4 Приведите достоинства и недостатки широтно-импульсного преобразователя, как силового статического преобразователя энергии для привода постоянного тока. Литература 1 Преображенский, В.И. Полупроводниковые выпрямители/В.И. Преображенский. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 136 с.: ил. 2 Москаленко, В.В. Автоматизированный электропривод: Учебник для вузов/ В.В.Москаленко – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 416 с.: ил. 3 Основы автоматизированного электропривода: Учеб. пособие для вузов/ М.Г. Чиликин[и др.]. – М.: Энергия, 1974. – 568с.: ил. 4 Розанов, Ю.К. Силовая электроника: учебник для вузов/Ю.К. Розанов, М.В. Рябчицкий, А.А Кваснюк.-М.:Издательский дом МЭИ, 2007. 195 Лабораторная работа №8 Исследование трехфазного мостового ШИП с несимметричным законом управления 1 Цель работы: - сформировать умение анализировать принцип действия трехфазного мостового ШИП с несимметричным законом управления - изучить регулировочные характеристики трехфазного ШИП с несимметричным законом управления - приобрести навыки в сборке и настройке схемы -изучить безопасные методы работы на лабораторном стенде 2 Оснащение рабочего места: лабораторный стенд методические указания по выполнению лабораторной работы 3 Теоретические сведения Широтно-импульсный преобразователь (ШИП) является полупроводниковым статическим преобразователем электрической энергии. ШИП преобразует входное постоянное напряжение питания (U ВХср = Const, f ВХ = 0) в постоянное регулируемое напряжение на выходе (U ВЫХср = Var, f ВЫХ = 0). Основное назначение широтно-импульсного преобразователя – связать источник постоянного тока с двигателем постоянного тока для регулирования скорости и момента последнего. Основным назначением полупроводникового преобразователя является регулирование скорости исполнительного двигателя электропривода. В электроприводах постоянного тока это достигается регулированием напряжения на выходе преобразователя. Упрощённая схема ШИП представлена на рисунке 8.1. Она содержит четыре транзисторных ключа ТК1-ТК4. В диагональ моста, образованного транзисторными ключами, включена нагрузка. 196 Рисунок 8.1 – Схема транзисторного ШИП Нагрузкой в приводах постоянного тока является двигатель постоянного тока. Питание ШИП осуществляется от источника постоянного тока, шунтированного конденсатором. Несимметричное управление представлено на рисунке 8.2. В этом случае переключаются транзисторные ключи фазной группы ТКЗ и ТК4 (ключи ТК1 и ТК2 при противоположной полярности входного сигнала), транзисторный ключ ТК1 постоянно открыт и насыщен, а ключ ТК2 постоянно закрыт. Транзисторные ключи ТКЗ и ТК4 переключаются в противофазе, обеспечивая протекание тока якоря от противо-эдс двигателя. При этом на выходе ШИП формируются однополярные импульсы и среднее напряжение на выходе равно нулю, когда относительная продолжительность включения одного из нижних по схеме транзисторов = 0. Недостатком рассмотренного способа управления является то, что верхние по схеме транзисторные ключи (ТК1, ТКЗ) по току загружены больше, чем нижние. Этот недостаток устранён при поочерёдном управлении, временные диаграммы которого изображены на рисунке 8.2 б. Здесь при любом знаке входного сигнала в состоянии переключения находятся все четыре транзисторных ключа моста, при этом частота переключения каждого из них в два раза меньше частоты напряжения на выходе. Управляющие напряжения транзисторных ключей одной фазы моста ТК1, ТК2 и ТКЗ, ТК4 постоянно находятся в противофазе; при этом ключи переключаются через период выходного напряжения Т. Этим достигаются одинаковые условия работы полупроводниковых приборов в мостовой схеме. 197 а) б) Рисунок 8.2 – Диаграммы поясняющие работу ШИП при несимметричном управлении При некотором знаке входного сигнала управляющие импульсы u1, u4 длительностью t = (1+ )Tподаются на диагонально расположенные транзисторные ключи (рисунок 8.2) со сдвигом на полпериода, а управляющие импульсы u2, uЗ длительностью t = (1- )T, также со сдвигом на полпериода, подаются на транзисторы противоположной диагонали (ТК2, ТКЗ). В этом случае на интервале нагрузка подключена к источнику питания с помощью диагонально расположенных ключей, а на интервале (1- )T нагрузка закорочена с помощью верхних или нижних транзисторных ключей. При изменении знака входного сигнала порядок управления диагональными ключами изменяется на противоположный. При поочерёдном управлении на нагрузке формируются однополярные импульсы длительностью T, пропорциональной сигналу на входе. В настоящее время основными приборами силовой электроники в области коммутируемых токов до 50 А являются биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT); полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET). В области коммутируемых токов более 50 А основными приборами силовой электроники являются: силовые модули на базе биполярных транзисторов; силовые модули на базе IGBT. 4 Порядок выполнения работы 4.1 Изучить принцип работы схемы (рисунок 8.3.). |