пиодическа менять свой знак. Таким образом, на нагрузке будет сформировано напряжение с частотой, отличной от частоты сетн (более низкой частотой). Меняя периодичность следования управляющих импульсов, можно регулировать эту частоту. Кроме того, меняя угол включения вентилей а, можно регулировать напряжение на нагрузке.

Аналогичная схема в трехфазном исполнении представлена на рис. 3.121. Схема

Рис. 3.121. Трехфазная схема ПЧН.

содержит 18 управляемых вентилей - по шесть иа каждую фазу. Сигналы, управляющие измеиеиием угла включения вентилей, принадлежащих фазам А. В и С, имеют взаимный фазовый сдвнг 120 по выходной частоте, благодаря чему на нагрузке формируется симметричная трехфазная система напряжений с частотой (Og (сог < щ). Необходимость в нулевом проводе а данном случае отпадает. Если нет необходямости в согласовании напряжения сети и напряжения на нвгрузке, схема может быть выполнена беа сетевого трансформатора. Довольно распространенной является схема, приведенная и рис. 3.122 13.23]. Здесь каждая фаза дви-

Рис. 3.122. Трехфазная мостовая схема ПЧН.

гателя включена в диагональ двух тиристор-ных моего . Всего схема содержит 36 тиристоров. Применение подобных схем оправдано для приводе средней и большой мощности, так как они позволяют избежать параллельного соединения тиристоров я обеспечивают сравнительно небольшие пульсации в кривых выходных напрякений и токов.

Отмеченное выше прн рассмотрении принципа работы справедливо лишь для случая

активной HaipyaKH преобразователя. Реальные ПЧН, нагрузетй которых является асинхронный дангатель, должны обеспечивать, помимо выпрямительного, ииверторный режим работы вентилей, необходимый для пропускания реактивного тока, нагрузки и обеспечения генераторного режима работы даигателя. Рассмотрим кратко различные принципы управления такими преобразователями [3.22], базируясь для упрощения на однофазной схеме (см. рис. 3.120) и оперируя лишь гладкими составляющими выходных напряжений и токов без учета пульсаций, кратных частоте сети.

Принципы управления ПЧН. Принцип согласованного управления состоит в том, что на вентили одаой группы подаются управляющие импульсы, соответствующие выпрямительному режиму ecj < п/2, а иа вентили другой группы одновременно подаются импульсы, соответствующие янверторному режиму Oj, > я/2. Соотношение между углами ttj и ttjj выбирают таким, чтобы среднее значение напряжения выпрямительного режима было равно среднему значению напряжения янверторного режима. Это условие соблюдается, если -f = я. В те интервалы временя, когда направления напряжения и тока совпадают, ток проводит группа, работающая в выпрямительном режиме (рнс. 3.123). При изменении знака напряже-

Рис 3.123. Диаграмма рабогты ПЧН прн согласованном управлении.

ния ток продолжает протекать в.прежием направлении и замыкается через группу, работающую в инверторном режиме. При изменении направления тока вновь в работу вступает группа с выпрямительным режимом и т. Д.

Преимущество согласоввнного управления заключается в том, что переход от выпрямительного режима к ияверторному и наоборот осуществляется автоматически при изменении иаправлення тока и не связан с какими-нибудь логическими операциями в системе управления. Однако мгновенные значении напряжений вентильных групп прн таком управлении различны, вследствие чего во виутреняем контуре, минуя нагрузку, протекает уравнительный ток. Для ограничения этого тока служат ограничительные ре-

акторы Li а Ц. Функции нх такие же, как и в реверсивных преобразователях, а нх индуктивность рассчитывается по заданному допустимому значению уравнительного тока. Наличие реакторов увеличивает габариты н массу преобразователи. Кроме того, прн большой выходной частоте падение напряжения на реакторах увеличивается, вследствие чего яспользовавне преобразователя по. напряжению ухудшается. Поэтому оправданным является стремление уменьшить индуктивность ограничивающих реакторов нлн вообще исключить нх нз схемы.

При несогласованном управлении углы управления группами вентилей выбираются таким образом, что среднее значение напряжения ннверторного реажма превышает среднее значение выпрямительного режима, т. е. -f Ojj > я. Это приводит к уменьшению значения уравнительного тока нлн к возможности уменьшить индуктивность ограничивающих реакторов прн том же значении уравнительного тока. Недостатком данного способа является то, что он приводит к искажению кривых выходного напряжения н тока.

Прн раздельном управлении управляю-ШКе импульсы подаются только на группу вентилей, проводящую ток в данный момент времени. Использование раздельного управления принципиально исключает возможность протекания уравнительного тока, что позволяет реализовать ПЧН без ограничивающих

. . if 1 i i I . группа} fgynnai группа

[Выт

Bbif4>\ {iBtinpl \ ]йб/пд

Рис. 3.124. Диаграмма работы ПЧН при управ-левиа с фиксироваяиой продолжительностью виаерториого режима.

реакторов. Один яз возможных способов реализации раздельного управления заключается в том, что импульсы, соответствующие ннверторному режиму, подаются на вентили в течение фиксированного Интервала временя < , за который ток в нагрузке должен сниэять-ся до нуля (ряс. 3.124). По истечении

интервала временя i, вновь подаются импульсы выпрямительного режима на противоположную группу вентилей [3.28]. Время t выбирается таким, чтобы ток в нагрузке успел снязнться до нуля при наяменьшем эва-ченни коэффициента мощности. Недостаток рассмотренного способа заключается в том, что увеличение коэффициента мощности двигателя приводит к увеличению ваузы в кривой тока н ухудшению его гармонического состава.

Отличительная особенность раздельного управления вентилями с контролем тока нагрузки заключается в том, что прн проте-каинн тока через одну группу вентилей запрещается подача управляющих нм1тульсов на вентили другой группы (рнс. 3.125). Для

Рис. 3.125. Диаграмма работы ПЧН при рааДель-ном управлении с контролем тока нагрузки.

осуществления этого метода необходимо контролировать токи в группах вентилей, это приводит к усложнению системы управления. Кроме того, устройства запрета должны обладать повышенной надежностью, так как сбои в системе управления прн отсутствии ограничительных реакторов приводят к аварийному нарастанию уравнительного тока. С учетом возможности применения в настоящее время в системе управления интегральных микросхем, позволяющих реализовать в малом объеме сложные логячесхяе операции прн высокой степени надежности, рассмотренный способ управлевня представляется весьма перспективным.

Во всех рассмотренных случаях углы вилюченяя тнрнсторов остаются постоянными в течение полупернода выходной частоты, в результате чего гладкая составляющая иапряження иа нагрузке имеет прямоугольную нлн прямоугольно-ступенчатую форму. Прн работе двигателя в области ннзкихтчас-тат это приводит к существенной неравномерности вращения ротора нлн даже к шаговому режиму работы. Такое явление весьма нежелательно, так как оно связано с существенными механическими перегрузками злементов двигателя н кинематических передач.

3.21

Преоврааователи алектрической терет

Для улучшения формы выходного напряжения часто используют способ управления, при ютором значения углов включения тиристоров изменяют в течение полупернода выходной частоты по такому закону, чтобы гладкая составляющая выходного напряжения приближалась к синусоиде. Необходимый закон изменения углов управления при этом имеет вид [3.23]: aj = arccos (vsinoig/); Оц =arccos ( - V sin tOaO, где \ = UnmaxlUua, (flj - частота выходного напряжения.

Формы выходного напряжения при постоянном угле управления и при модуляции напряжения по синусоидальному закону показаны на рнс. 3.126, а и б.

Рис. 3.126. Выходное напряжение ПЧН прн постоянном угле включения (а) и при модуляции напряжения по синусоидальному закону (б).

Характеристики пчн. Выходное напряжение ПЧН, как это видно нз рис. 3.126,

чении 8 гармоники, кратные частоте сети, влияют незначительно на характеристики привода, вызывая лишь некоторое (на 5-10%) увеличение потерь в двигателе. В этом режиме решающее значение имеет степень равномерности вращения ротора двигателя, что определяется составом гармоник, кратных выходной частоте. Поэтому для преобразователей, работающих с глубоким регулированием частоты, необходимо использование системы управления с синусоидальным законом модуляции углов открывания. При увеличении выходной частоты и приближении ее к частоте сети в выходном напряжении появляются субгармонические составляющие, имеющие частоту ниже частоты основной гармоники выходного напряжения. Кроме того, несимметричность полупериодов выходной частоты, связанная с дискретностью работы преобразовуеля, приводит к появлению постоянной составляющей в кривой выходного напряжения. Эти факторы ограничивают максимальное значение выходной частоты ПЧН. Практически максимальная выходная частота ПЧН при питании его от сети с частотой 50 Гц составляет для трехфазных схем 10-12 Гц и для шестифазных 15-20 Гц.

Характерной особенностью ПЧН является относительно низкий коэффициент мощности, потребляемой из сети, при любой силовой схеме, любом способе управления и характере нагрузки. Это определяется принципом работы ПЧН, основанным на периодическом изменении угла открывания тиристоров. На рис. 3.127, а и б, приведены кривые изменения коэффициента мощности, потребляемой ПЧН нз сети в зависимости от коэффициента мощности нагрузки и относительного значения напряжения на выходе преобразователя для прямоугольного и синусоидаль-

0 0,1 0 OJS 0,1 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1/1 а) cosif2

0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1

Рнс. 3.127. Кривые коэффициента мощности ПЧН для прямоугольного (а) и сниусоидального (б)

выходных напряжений.

имеет сложную форму, содержащую широкий спектр гармоник, кратных как частоте сети, так и выходной частоте, а также комбинационные гармоники. Состав высших гармоник зависит от способа управления преобразователем и от соотношения выходной н сетевой частот (е = coi/wg). При большом зна-

ного выходных напряжений [3.23]. Коэффициент мощности при прямоугольной форме напряжения несколько выше, чем при синусоидальной. Это объясняется тем, что при синусоидальной форме даже в . том случае, когда выходное напряжение максимально, всегда имеются вентили с большими углами