Преобразователь частоты с диодным выпрямителем

Преобразователь частоты с диодным выпрямителем и двухуровневым инвертором напряжения

a5e0630cbea0508f3d9bdc5810c9041f

Во многих промышленных электроустановках, а также в электроприводах небольшой и средней мощности, в которых не требуется рекуперация энергии, широкое применение находят преобразователи частоты с трехфазными диодными выпрямителям и двухуровневыми инверторами напряжения. Такие преобразователи работают со сравнительно высоким коэффициентом мощности, потребляемой из сети (0,96-0,99). При этом 6-пульсные диодные выпрямители искажают напряжения питающей сети существенно меньше, чем 6-пульсные выпрямители на однооперационных тиристорах.

Питание преобразователя частоты осуществляется от трехфазного источника напряжения, который содержит фазные ЭДС esn (n = 1, 2, 3) и фазные индуктивности ls. Фазы имеют напряжения usn, в фазах протекают токи isn. Поскольку при выполнении расчетов заданным параметром является обычно действующее напряжение сети Us, в схеме изображен также пропорционально-интегральный регулятор действующего напряжения. На вход этого регулятора поступают сигналы по мгновенным значениям напряжений сети. На выходе регулятора формируется амплитуда фазных ЭДС питающей сети.

В рассматриваемой схеме на входе выпрямителя изображены также фазные дроссели с индуктивностью и активным сопротивлением фаз. На выходе выпрямителя изображен сглаживающий дроссель с индуктивностью ld и активным сопротивлением rd.

Фазные дроссели предназначены для ограничения токов короткого замыкания (при пробое диодов) и для уменьшения искажений напряжения питающей сети. При их использовании сглаживающий дроссель во многих случаях может быть исключен. К недостаткам применения фазных дросселей следует отнести то, что падение напряжения на них приводит с снижению выпрямленного напряжения и напряжения нагрузки.

Использование сглаживающего дросселя не приводит с существенному снижению выходного напряжения преобразователя частоты. В то же время сглаживающий дроссель позволяет ограничить пульсации выпрямленного тока диодного выпрямителя и практически исключить проникновение в питающую сеть высокочастотных гармонических составляющих токов и напряжений, обусловленных работой инвертора в режиме ШИМ. По этим причинам чаще используются схемы без фазных дросселей, но со сглаживающими дросселями.

В диодном выпрямителе вентили рассматриваются как идеальные ключевые элементы. Напряжения фаз диодного моста uvn, выпрямленный ток id, выпрямленное напряжение ud.

К цепи выпрямленного напряжения (после сглаживающего дросселя) подключен конденсатор, имеющий емкость c и активное сопротивление rc. В конденсаторе протекает ток ic. Емкость имеет напряжение uc, напряжение на конденсаторе равно urc. К цепи выпрямленного напряжения подключен также защитный резистор rz через транзистор kz. В резисторе протекает ток iz.

Транзисторный инвертор преобразует входной ток idi в фазные токи нагрузки in (n = 1, 2, 3), а напряжение конденсатора urc — в напряжения нагрузки un. В плечах транзисторного моста протекают токи iin (n = 1, 2, 3, 4, 5, 6). Ключевые элементы в плечах инверторного моста (транзисторы и обратные диоды) описываются функциями kin (n=1, 2, 3), которые принимают значение 1, если плечо открыто, и значение 0, если плечо закрыто.

Нагрузка на частотный преобразователь активно-индуктивная. В ней учитываются индуктивности 1Н и активные сопротивления фаз ГН.

При математическом описании осуществляется замена конденсатора зависимым источником напряжения. Затем осуществляется перенос этого источника в другие ветви схемы: в ветвь выпрямленного тока транзисторного инвертора, в цепь защитного резистора и в ветвь сглаживающего дросселя.

Кроме того, трехфазная обмотка источника питания и диодный выпрямитель преобразуются в звено выпрямленного тока с зависимыми элементами еэ, 1э, k3.

В результате указанных преобразований исходной схемы она распадается на подсхемы.

Реклама