Главная Автономный инвертор - преобразователь постоянного тока в переменный



Автономными инверторами называют вентильные преобразователи ПОСТОЯННОГО тока в переменный, работающие на автономную нагрузку. Появление тиристоров обусловило бурное развитие данной области преобразовательной техники. В настоящее время тиристорные автономные инверторы получают ншрокое распространение в различных областях техники, В перечень основных применений входят следующие;

1. Стабилизированные однофазные и многофазные источники питания автономных сетей переменного тока. Они применяются в том случае, если частота переменного тока, необходимого для работы потребителей самого различного назначения, выше частоты основного энергетического источника. Для таких инверторов характерны высокие требования по жесткости выходной частоты, по стабильности и качеству выходного напряжения [П. 1, 2].

2. Однофазные источники ровышенной частоты для термической обработки металлов (установки индукционного нагрева, завалки, плавки). Выходные частоты инверторов указанного применения изменяются в сравнительно небольших предела!: (1 :2), причем жесткие требования стабильности частоты отсутствуют. Зачастую регулирование частоты подчинено задаче поддержания неизменным выходного напряжения при изменении параметров нагрузки [Л. 3, 4].

3. Преобразователи частоты на основе- автономных инверторов для регулирования частоты вращения двигателей переменного тока. Выходные частоты таких инверторов изменяются в широких пределах 1: 20-1: 50, одновременно с регулированием частоты должно изменяться выходное иапряж,ение инвертора. Специальным управлением инвертора, «роме регулирования частоты вращения, осуществляется реверсирование двигателя



йзмс1ге111ием порядка чередования фаз па выходе инвертора, а также в ряде случаев регулирование напряжения на зажимах двигателя (шнротно-импульсное регулирование) (Л. 5-7].

Из приведенного краткого перечня видно, что требования к автономным инверторам различного применения различаются весьма существенно, что обусловливает различные решения как по силовым схемам, так и по системам управления инверторов. В первой из указанных областей применений используются в основном автономные инверторы тока с компенсацией реактивной монд-ности iiarpyaiKii и инвертора путем включения на стороне переменаюго тока статических конденсаторов {пщал-лельные, последовательные, смешанные). В ряде случаев, кроме конденсаторов, на выходе инвертора -включаются дополнительные устройства, позволяющие Независимо от нагрузки регулировать суммарный коэффициент мощности па стороне переменного тока (дроссели, управляемые с помощью тиристоров, либо выпрямители обратного тока). Управление инвертором охватывает также и управление указанными дополнительными устройствами.

В регулируемом электроприводе используются автономные инверторы тока п напряжения с отделенными от нагрузки коммутирующими /конденсаторами.

Особенности силовькх схем инверторов, а также более разнообразные требования в части диапазона регулирования делают системы управления инверторами для регулируемого электропривода весьма специфичными и в ряде случаев более сложными.

Здесь рассматриваются системы управления инверторов, используемых в электроприводе. Многие вопросы, касающиеся элементов систем управления и методики синтеза систем, являются общими для всех автономных инверторов. В книге изложены следующие вопросы:

1. Требования к системам управления инверторов, используемых для целей частотного регулирования цшга телей.

2. Принцип действия и методика расчета специфичных для автономных инверторов элементов систем уп равлеиия.

3. Принципы синтеза систем управления исходя из желаемых характеристик инвертора с использованием типовых элементов промышленной автоматики и специфич ных элементов систем управления инверторами.

Глава первая

ДИАГРАММЫ УПРАВЛЯЮЩИХ СИГНАЛОВ ТИРИСТОРНЫХ АВТОНОМНЫХ ИНВЕРТОРОВ

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ШСГЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНЫМИ ИНВЕРТОРАМИ

Автономный инвертор представляет собой вентильный коммутатор, связывающий цепи постоянного и переменного тока. Осуществляя включение и выключение элементов коммутатора в определенной последовательности, получаем на выходе переменный ток (в случае автономного инвертора тока) или переменное напряжение (в случае автономного инвертора иапряжения) заданной частоты, порядка чередования фаз, а в случае автономного инвертора напряжения с широтно-импульсным регулированием и определенного значенпя выходного «апряже-кня. Управление работой автономного инвертора осуществляется системой управляющих сигналов, подаваемых на тиристоры схемы. В автономном инверторе имеется устройство, осуществляющее функциональное преобразование сигналов задани( по частоте и порядку чередования фаз выходного toita илп иапряжения в систему управляющих импульсов. Данное функциональное устройство условно показано в виде «вадрата на рис. 1.

На рис. I обозначены: "U/ - сигнал задания частоты; Л.и -сигнал, управляющий порядком чередования фаз выходного напряжения (В-вперед, Н-назад); Оя - сигнал, определяющий выходное напряжение (необходимый для инверторов с ШИР); Uy(ty) - напряжение (ток) управляющих, сигналов определенной дяитыгьности. .

Входные сигналы Vf и Un плавно регулируются для изменения соответствукадих выходных параметров. Данные сигналы управляют последовательностью импульсов, частотой следования и шириной импульсов управления, подаваемых на тиристоры инвертора, входной сигнал в.н может принимать только нулевое илТ1 единичное значение и воздействует на логическую часть схемы, пе-



ревояя ее скачкообразно из одного состояния в другое. Система управления инвертором является частью бол общей системы регулирования автоматизироваииогс электропривода, поэтому по соображениям удобного л сочленения с другими регуляторами к ней предъявл ся следующие требования:

ее к

яют- более н

Система

упраВмния

автономным

-» •

инвертарам

I инвертора

Рис. 1. Структурная схема системы управления инвертором.

1. В.ходные сигналы IJi, Ui,, t/„.iT являются вы.ходными напряжениями операционнььч усилителей тюстрянного тока, поэтому (В.ходные параметры каждого канала должны соответствовать параметрам исполь.эуемых опера циоииых усилителей.

2. Зависимость i~(.p{Ui), реализуемая системой управления, должна быть линейной, а в ряде случаев желательна пропорциональная зависимость, т. е. линейная, проходящая через начало «оординат. Последнее требо-Bainte обусловлено удобством построения регулятора выходного напряжения инвертора при изменении частоты, а также удобством формирования оптимальных законов и.)мснеиия частоты при частотном ра.згоне и торможении асинхронного двигателя [Л. 8],

Система управления состоит из дву.х в определенной мере самостоятельных функциональных устройств; 1) логическая часть системы, определяющая частоту, длитель-, ность и последовательность выходных сигналов; 2) вы-, хол11ые формирователи, осуилествляющие усп.1ение по мощности сигналов логической части системы до зиаче ния, достаточного для включения тиристоров, а также потенциальное разделение спловой схемы и системы управления,

Для проектирования выходных формирователей необ ходимы в качестве исходных данных характеристики управления тиристоров, приведенные в информационных материалах на тиристоры,

В данный момент еще не установилось единое мне ние о том, «акие схемы инверторов наилучшие для 6

целей частотного регулирования. В особенности это „асается автономных инверторов напряжения, где предложено несколько десятков схем. Конкретно рассмотрим ишь не!Которые схемы инверторов, на наш взгляд наиперспективные. Поэтому материал по электромаг-..итным процессам в инверторах носит иллюстративный характер ( подход к формулированию требований к си-темам управления).

Поскольку здесь дано общее понятие о системе управления инвертором, еще раз обращаем внимание, что сам инвертор с системой управления является частью более общей системы автоматического регулирования, поэтому принципы управления инвертором могут изменяться. Изложим обпдепринятый принцип построения логической части системы управления, заключающийся в том, что управление частотой осуществляется с помощью задаю-шего генератора. Выходные импульсы задающего генератора используются для управления остальной ехемой логической Части системы управления, а частота их изменяется в функции сигнала задания в виде напряжения (тока). Для проектирования логической части необходима диаграмма управляющих сигналов тиристоров инвертора во всех возможных рен-снмах работы последнего. Для получения указанных диаграмм здесь рассмотрим режимы работы тиристоров ряда схем автономных инверторов, используемых в регулируемом электроприводе.

г. ДИАГРАММ.\ УПРАВЛЯЮЩИХ СИГНАЛОВ АВТОНОМНОГО ИНВЕРТОРА ТОКА

Наиболее целесообраЗНой схемой преобразователя для частотного регулирования асинхронных двигателей является автономный инвертор тока с отсекающими диодами (рис, 2). В режиме непрерывного тока инвертор этого типа работает следующим образом.

В междукоммутационный период выпрямленный ток протекает через два вентильных плеча инвертора по двум фазам нагрузки А и С (рис, 2), Перев.од.тока из фазы А в фазу В (Коммутация тока) происходит в результате Включения тиристора 1% вступающей в работу фазы. Между работающим тиристором Ti и вновь включенным Ti оказывается .заряженный в результате иред-щсствующей работы схемы конденсатор Си осуществляющий вы1ключение ранее проводившего ток тиристора. От общей точки звезды натрузки ток Jd может протекать



[0] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17


0.0156