МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Національний університет “Львівська політехніка”

Інститут енергетики та систем керування

Лекція №

з дисципліни «Промислова електроніка та перетворювальна техніка»

Ведений мережею трифазний мостовий інвертор

1. Трифазний мостовий ведений мережею (залежний) інвертор

1.1. Побудова форми інвертованої напруги

Інвертор - пристрій, який призначений для перетворення енергії джерела постійного струму в енергію змінного струму. Ведені мережею інвертори виконуються за такими ж схемами, що й випрямлячі. Для переведення трифазної мостової схеми з режиму випрямляча в режим інвертування необхідно виконати дві умови: 1) задати кути керування тиристорами >90; 2) джерело постійної напруги, енергію якого будемо перетворювати в енергію змінного струму, слід під’єднати до полюсів постійного струму перетворювача (входу інвертора) з полярністю, протилежною до полярності цих полюсів у режимі випрямлення (див. рис. 1). Детальніше про переведення перетворювача з режиму випрямлення в режим інвертування слід ознайомитись в [1].

Рис. 1. Схема трифазного мостового веденого мережею інвертора

Напрям протікання струму i_d в колі постійного струму інвертора збігається з напрямом струму випрямляча, оскільки визначається провідністю вентилів. За формою цей струм є абсолютно спрямленим (не має пульсацій), для забезпечення роботи інвертора в коло постійного струму вмикають реактор з великою індуктивністю.

В інверторах відкривання тиристорів і протікання через них струму здійснюється за таких кутів , коли відповідна фазна напруга мережі має переважно від’ємну полярність, що відповідає >90. Сформована таким

Рис. 2. Форми кривих струмів та напруг трифазного мостового веденого мережею інвертора за умов =0°.

чином напруга U_d на полюсах моста стає від’ємною і називається проти-ЕРС. Значення струму I_d визначається сумою ЕРС джерела постійного струму і проти-ЕРС та внутрішніми опорами джерела і мережі.

За умов збереження попередньої нумерації тиристорів черговість їх вступу в роботу не зміниться і відбуватиметься в порядку зростання номерів вентилів. Спершу розглянемо роботу схеми без врахування процесів комутації, тобто коли =0. Кут запізнення вступу в роботу четвертого тиристора a >90° відкладаємо вправо від моменту його природного вступу в роботу, тобто від точки 1 на рис 2.

Зауважимо, що розгляд процесів в інверторах, як правило, ведеться з використанням кута випередження  =-, який відраховується від точки природного виходу тиристора з роботи в протилежному напрямку відносно напрямку відліку кута . На рис. 2 для четвертого тиристора це точка 4, що відповідає рівності нулю напруги u_ас. Якщо четвертий тиристор вступає в роботу, то до додатного полюса моста буде прикладена напруга фази А протягом часу перебування його у стані провідності (Т=2/3).

На шостий та другий тиристори катодної групи поступають імпульси керування з тим самим запізненням  і після їх вступу в роботу протягом часу перебування їх у стані провідності до додатного полюсу моста буде прикладена відповідно напруга фази В та напруга фази С. В подальшому процеси в катодній групі повторюються, що дозволяє побудувати діаграму зміни у часі потенціалу додатного полюса j ₊ моста.

Звертаємо увагу, що викладена у лекції № 16 теорія вступу в роботу вентилів некерованого моста в данному випадку не може бути застосована. Керований вентиль (тиристор) вступає в роботу за умов виконання двох вимог: 1) наявності імпульса керування; 2) в момент подачі імпульса керування різниця напруг між анодом та катодом тиристора повинна бути додатною. Доведемо, що в момент подачі імпульса керування на четвертий тиристор його напруга між анодом і катодом є додатною. Напруга аноду четвертого тиристора визначається напругою фази А, яка під’єднана до нього в даній схемі. Четвертий тиристор вступає в роботу на зміну другому тиристору, тобто до моменту вступу до його катода була прикладена напруга фази С. Звідси випливає, що в момент подачі імпульса керування його напруга між анодом та катодом визначається напругою u_ас. Наведена на

рис. 2 напруга u_ас (див. нижню частину рис. 2) дійсно додатна, тобто четвертий тиристор вступить в роботу.

На рис. 2 показані ці ж самі кути  та  для п’ятого тиристора (анодна группа). Відповідно кут  відкладено від точки природного моменту вступу в роботу (точка 8) та  - від точки природного закриття (точка 11). П’ятий тиристор вступає в роботу і до від’ємного полюса моста буде прикладена напруга фази С протягом періоду його провідності. На перший та третій тиристори анодної групи поступають імпульси керування з таким же запізненням  і відповідно після їх вступу в роботу до від’ємного полюса моста буде прикладена напруга фази А та напруга фази В. В подальшому процеси в анодній групі повторюються, що дозволяє побудувати діаграму зміни у часі потенціалу від’ємного полюса  _- моста.

Як і в режимі випрямлення напруга на вході інвертора (проти-ЕРС між полюсами моста) визначається за формулою (1) лекції № 16 і буде представляти фрагменти лінійних напруг. Значення кута  >90 відповідає відкриванню тиристорів і проходженню через них струму переважно за від’ємних полярностей фазних напруг, а звідси і їх відповідна різниця (лінійна напруга на вході інвертора) також буде від’ємною. Відкладаючи кут  від точок природного вступу в роботу на від’ємних півхвилях лінійних напруг, отримаємо форму напруги на вході інвертора.

Нагадаємо, що її середнє значення (за абсолютною величиною) визначається за формулою

U_d =U_docos. (1)

На рис. 3 зображені часові діаграми з врахуванням комутаційних процесів. Коли відкривати четвертий тиристор з кутом запізнення  (див. верхню частину рис. 3), то почнеться процес комутації вентилів, який триватиме протягом інтервалу  (другий тиристор виходить з роботи, а четвертий вступає в роботу). На інтервалі комутації до додатного полюса інвертора замість напруги фази А буде прикладена напруга комутації u_k=(u_a+u_c)/2, і лише після завершення процесу комутації до нього буде прикладена напруга фази А. Аналогічно відбуваються процеси комутації четвертого та шостого, шостого та другого тиристорів, що дозволяє побудувати діаграму зміни в часі

Рис. 3. Форми кривих струмів та напруг трифазного мостового веденого мережею інвертора за умов 0°, 0°.

додатного потенціалу ₊ інвертора. Додатково на рис. 3 показані ці ж самі за значенням кути керування  та  для п'ятого тиристора (анодна група). Коли відбувається комутація третього та п'ятого тиристорів, до від'ємного полюса інвертора замість фазної напруги u_c буде прикладена напруга комутації u_k=(u_b+u_c)/2, і лише після завершення комутації до нього буде прикладена напруга фази С. Повторюючи побудови на інших інтервалах провідності тиристорів анодної групи, отримаємо діаграму зміни у часі від'ємного потенціалу _- інвертора.

Методика побудови форми кривої на вході інвертора u_d=₊-_- залишається такою ж, як і для режиму випрямлення: від кривих від'ємних півхвиль лінійних напруг достатньо відняти комутаційні спади u_d, тобто „вирізати” їх з від'ємних півхвиль лінійних напруг, як це показано на рис. 3. Зауважимо, що на інтервалі комутації  закон зміни напруги u_d між полюсами інвертора можна визначити і аналітично, а саме u_d =₊-u_к, де u_к – напруга комутації на досліджуваній ділянці. Середнє значення (за абсолютною величиною) побудованої напруги на полюсах інвертора визначається за відомою формулою [1]

U_d=U_docos+3I_dX_a/. (2)