6.4. Устройства с двукратным (и более) преобразованием частоты

Устройства с двукратным преобразованием частоты составляются из двух преобразователей. Входным преобразователем служит, как правило, выпрями­тель, а выходным - инвертор. В зависимости от вида инвертора можно выде­лить два класса преобразователей. Первый класс преобразователей предусма­тривает использование АИ. Устройство в этом случае представляет собой преобразователь частоты (ПЧ) со звеном постоянного тока. При использова­нии зависимого инвертора (ЗИ) в качестве выходного преобразователя устройство превращается либо в реверсивный преобразователь, либо в ста­тический компенсатор реактивной мощности. Выпрямитель может быть управляемым, если на него возлагается функция регулирования входного на­пряжения инвертора и, соответственно, напряжения на нагрузке. Чаще вы­прямитель выполняется неуправляемым, и эта функция, наряду с регулирова­нием частоты, передается инвертору. Инвертор выполняется на обычных тиристорах с узлом искусственной коммутации или на полностью управляе­мых тиристорах или транзисторах.

Принципиальная схема одного из возможных вариантов ПЧ представле­на на рис. 6.24. Неуправляемый выпрямитель через согласующий трансфор­матор питает выполненный на IGBT транзисторах автономный инвертор. Между выпрямителем и инвертором включены сглаживающий реактор / и

ПаЗИЯЧЬШЯЮтиЙ |^ПНПРНРЯТПП ? Дптлипииий иипрптлп ПИ пчКлтч1Л11|нй г.

248

Глава 6. Энергосберегающая энергетическая электроника

	Выпрямител!			->		1			Инвертор
	;: 2i и						2 J	<J -кЗ -«5
Л •—|г в»чь					I 21			*!
				i i
с *-№•			2						j *3 *|j

Двигатель

Рис. 6.24. Принципиальная схема преобразователя частоты со звеном постоянного тока

режиме высокочастотной широтно-импульсной модуляции, формирует на входе двигателя симметричную трехфазную систему токов регулируемой ча­стоты. Для обеспечения достаточного момента при изменении частоты ин­вертором изменяется выходное напряжение согласно выбранной вольт-час­тотной U/f характеристике. В наиболее совершенных ПЧ реализуется векторное управление. При этом система управления инвертором отслежи­вает напряжение на обмотках, ток двигателя и сдвиг фаз между ними, созда­ет модели двигателя, рассчитывает скольжение и положение ротора. На ос­новании этих данных в каждый момент времени рассчитывается оптимальное положение поля и генерируются соответствующие выходные сигналы. Векторное управление обеспечивает работу с полным моментом в области нулевых частот, поддержание скорости при переменной нагрузке, контроль момента на валу двигателя и др.

Наибольшее применение ПЧ находят в электроприводе, что позволяет от­казаться от редукторов и другой регулирующей аппаратуры, обеспечить плав­ный пуск двигателей без пусковых токов и ударов, улучшить технологический процесс за счет поддержания скорости при переменных нагрузках, снизить непроизводительные затраты энергии. ПЧ начинают использовать и в элект­ротехнологии, например в установках для индукционной плавки и поверхно­стного нагрева металлов. В целях улучшения энергетических и внешних ха­рактеристик (см. рис. 6.20) выпрямитель ПЧ может быть компенсированным (рис. 6.24).

Реверсивный преобразователь изменяет направление постоянного напря­жения, постоянного тока или того и другого. В результате он может работать во всех четырех квадрантах в системе координат U_d и l_d (см. рис. 6.15). Пред­ставленный на рис. 6.14 преобразователь называется реверсивным с встречно-параллельно включенными вентильными комплектами без уравнительного ре­актора. В некомпенсированном варианте преобразователя компенсирующее устройство отсутствует. На рис. 6.25, а представлена схема некомпенсирован­ного преобразователя с уравнительным реактором, включенным между ука-™..,„.«,■, „^wrmoi^rawi.! п»итмтт<>й- ия пиг- 6 9S 6— пепекпестная (восьмероч-

6.4. Устройства с двукратным (и более) преобразованием частоты

249

#' у ²ff ²f «Г

_{У^— т}

Рис. 6.25. Схемы реверсивного преобразователя с уравнительным реактором (а) и перекрест­ная (б)

ная) схема некомпенсированного реверсивного преобразователя. Схемы мно­гофазных реверсивных преобразователей строят аналогично.

Управление реверсивными преобразователями осуществляется двумя спо­собами.

Первый способ используется в преобразователях по встречно-параллельной схеме без уравнительного реактора (см. рис. 6.14). Импульсы управления по­даются только на один комплект тиристоров. Другой комплект остается за­пертым. Для перевода тока с одного комплекта на другой в работающем ком­плекте системой управления ток снижается до нуля. В бестоковую паузу снимаются импульсы управления с работающего комплекта и подаются на вступающий в работу комплект. Далее ток вступившего в работу комплекта системой управления наращивается до необходимой величины. Наличие бес­токовой паузы обязательно, поскольку одновременная работа комплектов ти­ристоров приводит к короткому замыканию вентильных обмоток трансформа­тора. Такое управление называют раздельным. Достоинство — отсутствие протекания между комплектами уравнительного тока. Однако указанный спо­соб применим лишь тогда, когда со стороны нагрузки не предъявляются же­сткие требования к динамическим показателям и наличие бестоковой паузы допустимо. Несмотря на наличие двух комплектов тиристоров, преобразова­тель с таким способом управления следует отнести к устройствам с однократ­ным преобразованием частоты.

Второй способ называется согласованным. Он реализуется в схемах, подоб­ных приведенным на рис. 6.25. Управляющие импульсы подаются сразу на оба комплекта. Один комплект тиристоров работает в выпрямительном режиме, а другой в инверторном. Угол управления выпрямителя находится в диапазоне 0-90, а инвертора — 90-180 эл. град. Из рис. 6.16 следует, что постоянные со­ставляющие выпрямленного напряжения при этом должны иметь разный знак. Но комплекты в реверсивном преобразователе включены встречно, по­этому указанные составляющие на нагрузке однонаправлены. Углы управле­ния выпрямителя и инвертора согласуют так, чтобы эти составляющие были равны и по величине. В результате в контуре, образованном обоими комплек­тами тиристоров, постоянная составляющая уравнительного тока отсутствует.

250