Преобразователи переменного тока в переменный ток других параметров

Лекция 30.

Цель лекции: рассмотреть вопросы: назначение и классификация преобразователей переменного тока в переменных ток других параметров; регуляторы напряжения и коммутаторы.

НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК

ДРУГИХ ПАРАМЕТРОВ

Применение преобразователей частоты в электроэнергетике и в сис­теме электрической тяги. Полупроводниковые преобразователи пере­менного тока одних параметров (число фаз, напряжение, частота) в переменный ток других параметров служат, главным образом, для преобразования энергии однофазного или многофазного тока одной частоты в энергию однофазного или многофазного тока другой час­тоты, в большинстве случаев регулируемой. Такие преобразователи называются преобразователями частоты и служат, как правило, для питания двигателей трехфазного тока с регулируемой частотой вра­щения вала. При питании частотно-регулируемых двигателей одно­временно с регулированием частоты согласованно изменяется напря­жение. Поэтому преобразователи частоты являются в сущности пре­образователями частоты и напряжения.

В ряде случаев требуется регулирование лишь напряжения при постоянной частоте. Такие преобразователи могут служить регулято­рами напряжения. Простейшие регуляторы напряжения используются в качестве бесконтактных коммутаторов, применяемых вместо вы­ключателей и переключателей в цепях однофазного и трехфазного тока.

Особую группу преобразователей переменного тока составляют компенсаторы реактивной мощности.

Полупроводниковые преобразователи частоты применяются на со­временном электроподвижном составе и в автономных локомотивах с тяговыми двигателями трехфазного тока для преобразования элект­рической энергии, получаемой из тяговой сети или от собственной энергетической установки, в энергию трехфазного тока регулируемых частоты и напряжения. В устройствах электроснабжения электричес­ких железных дорог преобразователи частоты находят применение в системе электрической тяги однофазного тока пониженной частоты (Германия, Австрия) для преобразования трехфазного тока частотой 50 Гц в однофазный переменный ток частотой 16²/₃ Гц.

Классификация преобразователей (рис. 10.1). Все виды преобразо­вателей переменного тока в переменный ток других показателей по функциональному назначению разделяются на регуляторы напряже­ния, преобразователи частоты, коммутаторы (выключатели) и регуля­торы реактивной энергии. По числу фаз различают трехфазно-одно-фазные, трехфазно-трехфазные, однофазно-однофазные и однофазно-трехфазные преобразователи.

Рис, 10.1. Структурная схема классификации полупроводниковых преобразователей переменного тока в переменный ток

Преобразователи частоты могут быть реализованы в виде схемы с промежуточным контуром постоянного тока и без промежуточного контура постоянного тока с непосредственной связью входной и вы­ходной цепей переменного тока посредством группы полупроводни­ковых приборов.

Преобразователи с промежуточным контуром постоянного тока представляют собой сложные двухступенчатые преобразователи, включающие в себя входной преобразователь в виде управляемого или неуправляемого выпрямителя, промежуточного звена с фильтром и выходного преобразователя в виде автономного инвертора напря­жения или тока. В зависимости от типа автономного инвертора кон­тур постоянного тока выполняется как звено, обеспечивающее посто­янное напряжение (обычно С или LC-фильтр), или как звено, поддер­живающее постоянство тока (фильтр в виде реактора со значительной индуктивностью). Такие преобразователи применяются на современ­ных электровозах и электропоездах переменного тока с асинхронны­ми и синхронными тяговыми двигателями трехфазного тока, а также на тепловозах.

Непосредственные преобразователи, обеспечивающие связь двух сетей (цепей) могут выполняться по схемам, в которых в процессе преобразования частоты и напряжения выключение управляемых полупроводниковых приборов в необходимые моменты времени осу­ществляется благодаря наличию ЭДС сети, приложенной к приборам в обратном направлении, как в выпрямителях с сетевой коммутацией. Вместо ЭДС питающей сети роль коммутирующей может выполнять ЭДС нагрузки, например вращающейся перевозбужденной синхронной машины. Возможно совместное использование в качестве источ­ников коммутирующей ЭДС питающей сети и цепи нагрузки (комби­нированная естественная коммутация).

Наиболее простыми и распространенными в электроэнергетике являются непосредственные преобразователи с сетевой коммутацией, среди которых важную роль играют непосредственные преобразова­тели частоты (НПЧ), которые в иностранной литературе называются циклоконверторами. Эти преобразователи имеют недостатки, связан­ные с трудностями плавного регулирования частоты, что ограничивает их применение в тяговом электроприводе. Частота на выходе НПЧ может изменяться дискретно, а максимальное ее значение не может превышать 7₃ частоты питающей сети.

Для устранения указанных недостатков в непосредственных преоб­разователях однооперационные тиристоры применяют с устройства­ми принудительной коммутации или используют запираемые тирис­торы или силовые транзисторы. Такие непосредственные преобразо­ватели с искусственной (принудительной) коммутацией часто выполняются по схеме с неявным внутренним контуром постоянного тока. Они по сложности сравнимы с преобразователями с промежу­точным контуром постоянного тока.

РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ И КОММУТАТОРЫ

Схема трехфазного тиристорного регулятора напряжения при ра­боте на резистивную нагрузку (рис. 10.4) имеет два одновременно проводящих тиристора. При этом можно выделить две характерные зоны регулирования: с непрерывным напряжением на нагрузке (π/6 ≤ α ≤ π/2, см. рис. 10.4, г) и с прерывистым напряжением (π/2 ≤ α ≤ 5π/6, см. рис. 10.4, д). В первой зоне в каждый момент времени ток протекает по двум фазным нагрузкам, находящимся в последовательной цепи линейного напряжения, максимального по мо­дулю в момент включения очередного тиристора. Например, на ин­тервале π/3 ≤ ωt ≤ 2π/3 для α = π/3 при подаче сигналов управления на VT1 и VT6 в момент ωt = π/3 максимальным является линейное напряжение и_ab. Поэтому ток замыкается по цепи резисторов R_a и R_b

Рис, 10,4. Схема трехфазного тиристорного регулятора напряжения (а) и временное диаграммы фазного на­пряжения источника (б), токов в це­пях управления тиристоров (в), напря­жения на резистивной нагрузке фазы а при α₁=π/3 (г) и α₂=2π/3 (д)

через тиристоры VT1 и VT6. К резисторам R_a и R_b приложено по половине линейного напряжения и_аЬ;На рассматриваемом интервале напряжение и_аЬ также приложено к резисторам R_a и R_b. В момент Ш = 2л/3 при подаче сигналов управ­ления на тиристоры VT1 и VT2 максимальным является линейное напряжение и_ас, и цепь тока замыкается через резисторы R_a и R_c,

Во второй зоне регулирования напряжение на нагрузке в течение одного полупериода прерывистое. Поэтому в этой зоне регулирова­ния на тиристоры необходимо подавать сдвоенные импульсы управ­ления с интервалом π/3 или сигналы управления длительностью более π/3.

Эффективное значение фазного напряжения на нагрузке можно определить по выражению

(10.5)

Здесь

(10.6)

Максимальное значение фазного напряжения при α=π/6 согласно формуле (10.6). Аналогично можно составить выражение для Uф_R для второй зоны регулирования.

Работа регулятора на активно-индуктивную нагрузку вызывает особенности в формировании напряжения нагрузки, обусловленные коммутацией тиристоров на некотором конечном интервале, на кото­ром одновременно проводят ток три тиристора.

Кроме рассмотренной схемы трехфазного регулятора имеется не­сколько других вариантов включения тиристоров: соединение тре­угольником, открытой звездой с шестью тиристорами, открытой звез­дой с тремя тиристорами

Дата добавления: 2014-01-07