Характеристики алиментов змктроприво&а

Разд. г

тельио влияют иа характеристики двигателя. Амплитуды сравнительно низкочастотных гар-мовик (пятой и седьмой) почти не меняются, что приближает этот способ регулирования по качеству выходного напряжения к амплитудному способу.

промежуточным звеном постоянного тока в большинстве случаев содержат (см. рис. 3.102) систему управления выпрямителем, систему управления автономным инвертором и блок регулирования, осуществляющий регулирование частоты и иапряження в соответствии с принятыми законами частотного регулирования.

Системы управления выпрямителями выполняются по тем же схемам, что и соответствующие системы для управляемых выпрямителей (см. § 3.2.1). Системы управления автономными инверторами, как правило, соответствуют структурной схеме, приведенной на рис. 3.115, и содержат задающий ге-

Ряс. 3.1 U. Диаграммы выходного напряжения ввяертора при широтном способе регулкровавия (а), при широтио-импульсном способе (б) и прв широтио-вмпульсиоа модуляции (с).

Еще один перспективный способ широт-ио-импульсного регулировании напряжения заключается в том, что длительность открытого состояния тиристоров ие остается постоянной в течение полупернода выходной частоты, а изменяется по синусоидальному закону (рис. 3.U4, в). Если при этом частота переключения тнрнсторов (несущая частота) существенно выше выходной частоты инвертора (частоты модуляции), то в спектре выходного напряжения кроме основной гармоники присутствуют лишь гармоники весьма высокого порядка, которые легко отфильтровываются иидуктивностямн двигателя. Инверторы, работающие по такому принципу, получили название инверторов с шнротио-импульсной модуляцией [3.21].

Рассмотренные широтно-импульсиые способы регулирования характерны лишь для инверторов напряжения. Их общим достоинством является возможность питания инвертора от нерегу ля руемого источни ка ,что особенно удобно, когда источником питании явлиется аккумуляторная батарея иди сеть постоянного тока. В случае питания от сети переменного тока возможно применение неуправляемого выпрямители, благодаря чему коэффициент мощности, потребляемой из сети, близок к единице на всем диапазоне регулирования частоты и напряжения. Основной недостаток инверторов с широтно-им-пульсным способом регулирования заключается в том, что повышенная частота коммутации тиристоров приводит к увеличению потерь в иих, а также ухудшает условия работы узлов коммутации. Кроме того, такие инверторы требуют заметно более сложной системы управления.

Принципы построения систем управле-явя автоиомиымя инверторами. Системы управления преобразователями частоты с

Рас. 3.115. Структурная схема системы управления автономным инвертором.

нератор и, распределитель импульсов UA и усилители-формирователи управляющих импульсов AD.

В настоящее время наиболее перспективными являются системы управления, выполненные на базе интегральных микросхем. При этом удается ие только резко сократить габариты системы, но и существенно упростить технологию сборки и иаладки схем, а также повысить их надехшость. Поэтому рассмотренные ниже примеры практической реализации различных блоков системы управления предполагают использование современных интегральных микросхем.

Элемент V преобразует напряжения управления, снимаемые с выхода блока регулировании (или непосредственно с выхода

Рве. 3.116. Схема задающего геиератора.

командоаппарата, если блок регулироввиия отсутствует), в частоту следования управляющих импульсов. Частота выходных импульсов и однозначно определяет частоту выходного напряжения преобразователя. На рис. 3.116 показан пример выполнеиия схемы 11. В схеме используется операционный усилитель А, работающий в режиме нитегриро-

S 3.21

Преобразователи электрической энергии

вання управляющего напряжения, и триггер Шмитта D, который срабатывает, когда напряжение на выходе А достигнет порогового значения. После срабатывания D на вход А через резистор подается напряжение обратной полярности по отношению к напряжению управления, что приводит к быстрому разряду конденсатора. В связи с этим А возвращается в исходное положение и цикл работы повторяется. Если пренебречь временем разряда конденсатора по сравнению с временем его заряда, то частоту U можно

пульсов и должна быть в 6 раз выше частоты выходных импульсов и А или, что то же самое, частоты выходного напряжения инвертора. Одна нз возможных схем UA приведена на рис. З.П7, а. Она содержит три J-K триггера (D1 - D3) н шесть элементов И-НЕ {D4 - DS). На сннхроннзнрующие входы триггеров приходят одновременно выходные импульсы и. Наличие перекрестных связей с выходов на входы триггеров приводит к тому, что триггеры переключаются поочередно с приходом запускающего импульса от U.

>С

LLLLl

Рнс. 3.117. Схема распределителя импульсов (о) н диаграмма напряжений (б).

определить по следующей формуле: з, г =

Иу 1

ев Д - напряжение переклю-

чения D.

На выходе U формируются положительные импульсы, длительность которых равна времени разряда конденсатора.

Распределитель импульсов UA предназначен для преобразования однофазных импульсов и в шестифазную систему импульсов, необходимую для управления тиристорами мостового инвертора. Кроме того, с помощью UA обеспечивается постоянная относительная длительность импульсов незавнсн-МО от рабочей частоты (чаще всего для управления тиристорами мостового инвертора используются импульсы шириной 120 °). и А выполняется, как правило, по кольцевой пересчетной схеме, которая распределяет импульсы и по шести каналам. При этом частота им-

Диаграмма напряжений на прямых и инверти. рующих выходах триггеров показана на рис. 3.117,6. С помощью D4-D9 формируются импульсы длительностью 120°.В качестве элементов И-НЕ (D4-D9) желательно выбирать элементы с повышенной нагрузочной способностью с тем, чтобы нх выходные импульсы можно было непосредственно подавать на входа усилителей-формирователей без какого-либо промежуточного усиления.

Уснлителн-формнрователи AD управляющих импульсов предназначены для усиления по мощности выходных импульсов UA и ях потенциального разделения, что необходимо для управления тиристорами мостового инвертора. Поэтому AD кроме ключевых транзисторов содержат, как правило, импульсные трансформаторы. С целью уменьшения габаритов импульсных трансфер, маторов н обеспечения возможности формирования широких управляющих импульсов

(с постояииой угловой длительностью) прн весьма малых частотах целесообразно использовать принцип модуляции высокой несущей частоты. Принципиальная схема AD, работающего по такому принципу, показана на рис. 3.118. Напряжение несущей частоты

1 R1

Ряс. 3.118. Схема усилятеля-формирователя с трансформаторной развязкой.

(несколько килогерц) с выхода специального генератора О подается через диоды VD1-VD12 и ключевые транзисторы VI-V6 на первичные обмотки трансформаторов Т1-Т6. Если ключевой транзистор закрыт, напряжения на первичных и вторичных обмотках трансформатора равны нулю. Когда ключевой транзистор открыт, к первичным обмоткам приложено напряжение несущей частоты, которое снимается со вторичных обмоток трансформатора и после выпрямления диодами VD13 - VD24 подается на управляющие электроды соответствующих силовых тиристоров. Резисторы R7-R12 служат для ограничения тока управляющих электродов. Базовые цепн ключевых транзисторов через резисторы R1-R6 подключены к выходам логических элементов UA,

Ряс. 3.119. Схема усилителя-формирователя с оптров-ной развязкой.

Весьма перспективным является использование в схемах AD тирнсторных оптронов (оптопар), которые позволяют одновременно усилить управляющий импульс и обеспечить потенциальное разделение каналов, причем необходимость в импульсных траисформа- торах в данном случае вообще отпадает. Схема включения тнристориого оптрона показана на рве. 3. П9. При переключении выходного вентиля UA в состояние О через

резистор R1 и светодиод оптрона начинает протекать ток, что приводит к включению тиристора оптрона. Через тиристор оптрона и резистор R2 создается цепь для управляющего тока силового тиристора. После включения силового тиристора напряжение на нем становится близким к нулю и ток через управляющий электрод прекращается. Таким образом, несмотря на то, что через управляющий электрод силового тиристора протекают короткие импульсы тока, его открытое состояние поддерживается все время, пока есть ток-в цепи светодиода.

Применение тирнсторных оптронов позволяет существенно сократить габариты системы управления и ее источника питании, а также избежать неудобств, связанных с нз1Ч)тов-леинем импульсных трансформаторов.

Рассмотренные системы управлении могут быть использованы для простейших автономных инверторов напряжения и тока с амплитудным регулированием напряжения. Для инверторов с широтно-импульсным регулированием напряжения в систему управления необходимо дополнительно ввести генератор частоты коммутации тиристоров и устройства фазового регулирования. Для инверторов с шнротно-нмпульсвой модуляцией импульсный и должен быть заменен трехфазным генератором синусоидальных колебаний 13.24].

Преобразователи частоты с иепосред-ствеиной связью (ПЧН) обеспечивают получение напряжения с регулируемой амплитудой и частотой непосредственно из сетевого напряжения без каких-либо про-, межуточных преобразований.

Принцип работы ПЧН можно пояснить на примере схемы рнс. 3.120. Это по существу

Рис. 3.120. Трехфаз-

ио-одноЫзиая схема

1ЧН.

нулевая схема реверсивного преобразователя постоянного тока. Если управляющие импульсы поданы на левую группу вентилей, то напряжение на нагрузке положительно относительно нуля и его среднее значение равно и = C/boCOs а, где а.- угол включения вентилей; t/ио - напряжение иа нагрузке прн а = 0.

Когда открыта правая группа вентилей, то напряжение oTpHnaTeflbHOj; Если периодически подавать управляющ№ импульсы или на левую группу, или на правую, то среднее значение напряжения иа нагрузке тоже будет