- •1. Выпрямители.
- •Однофазная мостовая схема выпрямления.
- •Трехфазная схема выпрямления со средней точкой.
- •Трехфазная мостовая схема выпрямления.
- •Однополупериодный инвертор
- •Выпрямительный режим
- •Инверторный режим
- •Задающий генератор системы управления.
- •Входное устройство системы управления.
- •Фазосдвигающее устройство системы управления.
- •Формирователь отпирающих импульсов системы управления с высокочастотным заполнением.
- •Датчик состояния тиристоров.
- •Улучшение коэффициента мощности управляемых выпрямителей.
- •Укажите назначение схем выпрямления с умножением напряжения. Изобразите применяемые схемы выпрямления с умножением напряжения. Опишите принцип работы схем выпрямления.
- •Укажите назначение системы импульсно-фазового управления. Изобразите функциональную схему одного канала сифу. Опишите назначение блоков. Укажите достоинства инедостатки схемы.
- •Укажите функции, выполняемые системой импульсно- фазового управления. Опишите горизонтальный, вертикальный и интегрирующий принципы управления сифу.
Однополупериодный инвертор
Выпрямительный режим
Инверторный режим
Если вывод «плюс» батареи АБ соединен с катодом вентиля В (как показано на рисунке пунктиром), то схема может работать в выпрямительном режиме на нагрузку в виде противо- э. д. с. В этом режиме включение вентиля VS возможно при условии превышения э. д. с. сети над противо-э. д. с, создаваемой аккумуляторной батареей. При допущении равенства нулю внутренних сопротивлений источников переменного и постоянного токов можно считать, что их напряжения равны э. д. с, т. е. еаь=Uаь и Ed = Ud.
При подаче на вентиль отпирающего импульса в момент = 1, определяемый углом управления , вентиль включается и из сети в батарею начинает поступать ток id. Благодаря сглаживающему реактору Ld ток id будет плавно изменяться во времени: увеличиваясь, пока uab>Ud, и уменьшаясь при Ud>uab. В момент 1 (соответствующий равенству заштрихованных площадей на рисунке) ток id становится равным нулю, а вентиль VS выключается. Протекание через вентиль тока id на интервале от 2 до з, когда Ud>uab, обусловлено накоплением электромагнитной энергии в реакторе Ld. Далее рассмотренные процессы периодически повторяются, в результате чего батарея АБ будет заряжаться выпрямленным током id (ток id направлен навстречу э. д. с. Ed). Для перевода схемы в инверторный режим необходимо переключить вентиль VS или батарею АВ так, чтобы катод вентиля был соединен с выводом «минус» батареи. Рассмотрим инверторный режим более подробно.
Передача энергии от одного источника к другому происходит тогда, когда ток от отдающего источника направлен навстречу э. д. с. источника, принимающего эту энергию. В рассматриваемом случае передача энергии в сеть от аккумуляторной батареи будет происходить, когда э. д. с. сети еаь направлена навстречу току id, протекающему в схеме. Если в момент 1 на вентиль подать отпирающий импульс, то вентиль включится, поскольку вплоть до момента 2 напряжение иаь по абсолютному значению меньше напряжения Ud. Под воздействием разности напряжений Ud—иаь в цепи начнет протекать ток id, противоположный по знаку напряжению сети иаь. Наличие в схеме сглаживающего реактора Ld ограничивает скорость нарастания этого тока и его максимальное значение. За счет энергии, накапливаемой в реакторе, ток продолжает протекать через вентиль после того, как иab по абсолютному значению станет больше Ud и станет равным нулю в момент 3, соответствующий равенству заштрихованных областей на рисyнке. Схемы зависимых инверторов по существу не отличаются от схем управляемых выпрямителей. Поэтому они могут рассматриваться как схемы реверсивных преобразователей, способных передавать электрическую энергию из сети в источник постоянного тока (выпрямительный режим) и наоборот (инверторный режим). (Термин происходит от латинского слова «reversus» — обращенный назад, возвращенный).Схема однополупериодного инвертора из-за плохих технико-экономических показателей не нашла распространения.
Укажите назначение инвертора ведомого сетью. Изобразите электрическую принципиальную схему однофазного мостового инвертора. Укажите условия, необходимые для осуществления инверторного режима работы схемы.
Инвертор - устройство для преобразования постоянного тока в переменный
Применение инверторов ведомых сетью: на приемном конце линии передачи постоянного тока, работа попеременно в выпрямительном и инверторном режимах (перевод прообразователя для привода двигателя постоянного тока в инверторный режим позволяет осуществить ускоренное торможение этого двигателя).
Условия, при которых управляемый выпрямитель переводится в инверторный режим, следующие:
1) наличие в качестве нагрузки выпрямителя эдс (аккумулятор или двигатель постоянного тока, работающий в генераторном режиме);
2) направление тока и противоэдс электрической машины должны совпадать;
3) ток и эдс вентильной обмотки трансформатора должны быть направлены встречно;
4) угол управления тиристоров должен превышать 90° эл.;
5) режим непрерывного тока нагрузки обеспечивается, если в цепь нагрузки включается большая индуктивность.
Для работы схемы в инверторном режиме необходимо, чтобы двигатель с противоэдс Ed исполнял роль источника, а трансформатор – приемника энергии. Как известно, в источнике направление эдс и тока совпадают, а в приемнике они направлены в противоположные стороны. Чтобы обеспечить подобный режим, необходимо включать тиристоры в те моменты времени, когда при положительном направлении противоэдс Ed напряжение вторичной обмотки трансформатора отрицательно. Положительное по отношению к вентилям направление эдс электрической машины на электровозе обычно обеспечивается изменением полярности питания обмотки возбуждения. Выбор противоположного направления эдс вторичной обмотки обеспечивается с помощью системы управления при угле управления p/2 ≤ a ≤ p.
На рисунке представлена схема силовой части однофазного мостового зависимого инвертора, которая применяется на электроподвижном составе переменного тока. Рассмотрим работу схемы при следующих условиях: трансформатор и вентили идеальны (хт = 0, Rд.пр. = 0) и индуктивное сопротивление реактора, включенного последовательно с электрической машиной, имеет достаточно большое значение по отношению к активному сопротивлению всей цепи (хd → ∞).
Во время открытого состояния тиристоров VS1 и VS4 (рис. 6.1) ток от положительного полюса генератора (генератора с эдс Ed) протекает по цепи: +Ed, VS4, вывод обмотки трансформатора х, начало обмотки а, тиристор VS1, индуктивность xd, минус источника Ed. Направление тока id совпадает с направлением эдс (это источник), а в обмотке трансформатора направление тока и напряжения противоположно (приемник энергии).
В следующий момент времени системой управления (СУ) открываются тиристоры VS2 и VS3 и закрываются VS1 и VS4. Ток по источнику Ed будет протекать в прежнем направлении, а по обмотке трансформатора изменится на противоположный. Направление эдс вторичной обмотки трансформатора е2 соответственно изменится на обратное.
Схема однофазного мостового зависимого инвертора
Автономные инверторы.
Дать определение автономного инвертора.
Изобразить блок-схему автономного инвертора.
Дать классификацию автономных инверторов.
Ответ
Автономным (независимым) инвертором называется преобразователь электрической энергии постоянного тока в переменный, выходные параметры которого (форма, амплитуда и частота выходного напряжения) определяются схемой преобразователя, системой управления и режимом его работы.
Автономный инвертор представляет собой электрический агрегат, силовая часть которого состоит в самом общем случае из следующих основных узлов входного фильтра Ф1, собственно инвертора И, содер жащего тиристоры, диоды и коммутирующие элементы, трансформатора Тр и выходного фильтра Ф2.
Блок-схема инвертора.
Инверторы различаются по мощности, напряжению, числу фаз вторичной обмотки
трансформатора, способу регулирования выходного напряжения, по схеме инвертирования.
Инверторы классифицируют по следующим признакам:
а) по характеру электромагнитных процессов, протекающих в схеме;
б) по способу коммутации тиристоров или схеме включения коммутирующих элементов;
в) по схеме преобразования (конфигурации соединений элементов силовой части).
По характеру электромагнитных процессов, протекающих в схеме, автономные инверторы делятся на инверторы тока, инверторы напряжения и резонансные инверторы. За определяющий признак принимается проводимость цепи постоянного тока со стороны непосредственно преобразующей части относительно переменой составляющей напряжения.
При классификации инверторов (особенно многофазных) используют принцип связи коммутирующего устройства с основными тиристорами инвертора. При этом обычно различают инверторы:
а) с повентильной коммутацией -к каждому основному тиристору схемы подключено отдельное коммутирующее устройство;
б) с пофазной или групповой коммутацией -в схеме для коммутации тиристоров одной фазы или группы тиристоров используется отдельное коммутирующее устройство;
в) с включением коммутирующего устройства между фазами; |
г) с одним общим коммутирующим устройством на все основные тиристоры схемы.
По схеме преобразования различают однофазные, трехфазные и многофазные инверторы. Эти схемы могут быть выполнены без нулевого вывода и с нулевым выводом в цепи нагрузки или цепи постоянного тока (схемы со средней точкой).Трехфазные, многофазные и однофазные схемы без нулевого вывода называют мостовыми.
Автономный инвертор тока.
Указать назначение инвертора тока.
Описать принцип работы автономного инвертора тока по предложенной схеме.
Указать, почему данный инвертор называется параллельным инвертором тока?
Ответ
Автономный инвертор тока предназначен для преобразователь электрической энергии постоянного тока в переменный, его выходные параметры определяются схемой преобразователя, системой управления и режимом его работы.
Рассмотрим работу схемы однофазного мостового параллельного инвертора тока (коммутирующая емкость на выходе инвертора подключена параллельно нагрузке).
Предположим, что в проводящем состоянии находятся тиристоры VS1 и VS4. В момент времени, определяемой системой управления, подаются отпирающие импульсы на тиристоры VS2 и VS3, они включаются, и цепь нагрузки оказывается замкнутой накоротко через все открытые тиристоры схемы. В результате этого возпикает разряд коммутирующего конденсатора Ск. Ток разряда распределяется по двум контурам. В одном контуре он направлен навстречу току, протекающему через тиристор VS1, а в другом -навстречу току, протекающему через тиристор VS4. Когда токи этих тиристоров станут равными нулю, они выключатся, т. е. завершится процесс коммутации тиристоров. Поскольку в контурах разряда конденсаторов отсутствуют индуктивности, этот процесс можно считать мгновенным. После выключения тиристоров VS1 и VS4 ток начинает проходить через тиристоры VS2 и VS3 , вследствие чего направление тока нагрузки скачком изменяется. Напряжение в момент коммутации не изменяется из-за наличияв схеме конденсатора Ск. К тиристорам VS1 и VS4 скачком прикладывается обратное напряжение и они имеют возможность восстанавливать запирающие свойства. Для нормальной коммутации необходимо, чтобы выполнялось условие:
где — угловая частота выходного напряжения; — время выключения тиристора.
В противном случае после прохождения напряжения черен нуль произойдет повторное включение тиристоров VS1 и VS4, так как на них будет подано прямое напряжение раньше, чем они успеют восстановить свою запирающую способность. В результате этого возникает аварийный режим, когда во включенном состоянии будут находиться одновременно все тиристоры («опрокидывание» инвертора). Для обеспечения условия необходимо, чтобы вся нагрузка вместе с конденсатором имела емкостный характер и ток опережал напряжение.
Так как индуктивность сглаживающего реактора принята , ток в инверторе идеально сглажен и соответственно выходной ток инвертора имеет прямоугольную форму.
Автономный инвертор напряжения.
Указать назначение инвертора напряжения.
Описать принцип работы автономного инвертора напряжения по предложенной схеме.
Указать, какие допущения принимаются при рассмотрении данной схемы?
Ответ
Автономный инвертор напряжения предназначен для преобразователь электрической энергии постоянного тока в переменный, его выходные параметры определяются схемой преобразователя, системой управления и режимом его работы.
Рассмотрим схему инвертора, на транзисторах, зашунтированных в обратном направлении диодами VD1-VD4, которые служат для возврата реактивной мощности нагрузки в источник постоянного тока.. Примем следующие допущения:
транзисторы и диоды являются «идеальными»,т. е. их сопротивления в открытом состоянии, время включения и выключения равны нулю;
в элементах схемы нет потерь энергии;
внутреннее сопротивление источника постоянного тока равно нулю.
Когда открыты транзисторы VT1 и VT4, напряжение на нагрузке имеет полярность, указанную на схеме, а ток нагрузки нарастает по экспоненциальному закону. В момент времени, определяемой системой управления поступают сигналы управления, запирающие транзисторы VT1 и VT4, и отпирающие VT2 и VT3. Поскольку ток в индуктивности нагрузки не может измениться скачком, то он продолжает протекать в том же направлении, но уже не через транзисторы VT1 и VT4, а через диоды VD3 и VD2, которые включаются при запирании транзисторов VT1 и VT4 из-за возникновения противо-э.д.с в индуктивности нагрузки, превышающей напряжение источника питания.
Включение диодов VD3 и VD2 приводит к изменению знака напряжения нагрузки на противоположное Под воздействием встречного напряжения ток нагрузки, протекающий через диоды VD3 и VD2 в источник питания, начинает уменьшаться также по экспоненциальному закону. При спадании тока до нуля диоды выключаются и ток нагрузки начинают проводить транзисторы VT2 и VT3 , на базах которых присутствует отпирающий сигнал управления. Далее аналогичные процессы периодически повторяются.
Таким образом, на нагрузке будет напряжение прямоугольной формы. Ток нагрузки будет иметь экспоненциальную форму, а значение его определится параметрами нагрузки. Ток через обратновключенные диоды VD1-VD4, будет протекать на интервалах, начала которых совпадают е моментами поступлении управляющих сигналов, а длительность зависит от индуктивности нагрузки. Во время протекании тока через диоды происходит возврат энергии из нагрузки в источник постоянного тока. Отсутствие диодов в схеме приводило бы к появлению недопустимых перенапряжений на транзисторах.
Преобразователи частоты.
Дать определение преобразователей частоты.
Указать, какие параметры зависят от схемы преобразования.
Дать классификацию преобразователей частоты.
Изобразить структурную схему преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока.
Указать назначение блоков.
Ответ
Полупроводниковый преобразователь, осуществляющий преобразование электрической энергии переменного тока одной чистоты в переменный ток другой частоты, называется преобразователем частоты.
Преобразователи частоты классифицируются по мощности, напряжению, числу фаз входного и выходного напряжений, схеме преобразования и т. д. Работа преобразователя и его технико-экономические характеристики в основном определяются схемой преобразования. От схемы преобразования непосредственно зависят:
а) параметры выходного напряжения;
б) коэффициент мощности преобразователя по входу и выходу;
в) форма кривой переменного тока, потребляемого из питающей сети;
г) внешняя (нагрузочная) характеристика преобра зователя;
д) к. п. д.
Преобразователи частоты выполняются с фиксированным соотношением частот входного и выходного напряжений и с переменным их соотношением или с регулируемой частотой. Преобразователи с регулируемой частотой нашли широкое применение в области электропривода для регулирования скорости асинхронных двигателей.
При классификации преобразователей частоты выделяют два основных класса:
преобразователи с промежуточным звеном постоянного тока;
преобразователи с непосредственной связью питающей сети и цепей нагрузки, которые называются преобразователями с неявно выраженным звеном постоянного тока.
Преобразователи с непосредственной связью подразделяются на преобразователи с естественной коммутацией тиристоров (под воздействием напряжения питающей сети), называемые также циклоконверторами, и преобразователи с искусственной (принудительной) коммутацией тиристоров.
Структурная схема преобразователя частоты с промежуточным звеном. Переменное напряжение с частотой , поступает на вход выпрямителя В, Выпрямленное напряжение сглаживается фильтром Ф и поступает на вход автономного инвертора АИ, имеющего выходное напряжение с частотой f2. В преобразователях данного класса частота выходного напряжения не зависит от частоты питающей сети и может быть как больше, так и меньше этой частоты.
Преобразователь частоты с непосредственной связью.
Указать назначение преобразователя.
Описать принцип работы преобразователя по предложенной схеме.
Указать основное отличие этих преобразователей от преобразователей с промежуточным звеном постоянного тока.
Ответ
Полупроводниковый преобразователь, осуществляющий преобразование электрической энергии переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты, называется преобразователем частоты.
Ocновой силовой части преобразователей являются встречно-параллельно включенные группы тиристоров, каждая из которых может работать в выпрямительном или инверторном режиме. Чаще всего такие преобразователи выполняются с естественной коммутацией тиристоров и поэтому имеют частоту выходного напряжения, меньшую, чем частота питающей сети в отличие от преобразователей с промежуточным звеном постоянного тока.. Это обстоятельство обусловило их широкое применение в области электропривода для частотного регулирования скорости двигателей путем изменения частоты выходного напряжения в диапазоне низких частот (ниже частоты промышленной сети f=50 Гц).
Рассмотрим принцип работы преобразователя с непосредственной связью и естественной коммутацией на примере трехфазно-однофазной схемы В схеме преобразователя можно выделить две группы тиристоров: группу: катодную (VS1,VS2,VS3) и анодную (VS4, VS5,VS6). Допустим, что нагрузка Zn активная. Отпирающие импульсы в процессе работы покупают па тиристоры анодной и катодной групп поочередно. Когда отпирающие импульсы, синхронизированные по частоте с напряжением питающей сели, подаются последовательно па тиристоры катодном группы VS1,VS2,VS3, он работает в режиме выпрямления (по трехфазной схеме со средней точкой), формируя на нагрузке положительную полуволну напряжения относительно нулевого вывода трансформатора. Отпирающие импульсы поступают на тиристоры со сдвигом относительно линейных напряжений питающей сети на угол . При работа тиристоров анодной группы VS4, VS5,VS6 на нагрузке относительно нулевого вывода трансформатора формируется отрицательная полуволна напряжения. В результате цикличной работы групп I и II на нагрузке создается переменное напряжение с частотой основной гармоники f2, более низкой, чем частота питающей сети f\.
Частота f2 определяется временем, в течение которого проводят ток тиристоры каждой группы. Изменением угла а можно регулировать выходное напряжение. Для исключения постоянной составляющей в напряжении на нагрузке времена работы анодной и катодной групп должны быть равны между собой. Тиристоры катодной группы вступают в работу только после спадания до нуля полуволны напряжения, формируемой анодной группой, и наоборот. Это объясняется тем, что тиристор находится во включенном состоянии до тех нор, пока ток, протекающий через него (в рассматриваемом случае ток совпадает по фазе с напряжением), не спадет до нуля.
В трехфазно-однофазной схеме тиристоры каждой группы коммутируют между собой (внутригрупповая коммутация) через интервал времени, равный /3.
Задатчик углов отпирающих импульсов системы управления.
Указать назначение задатчика углов отпирающих импульсов.
Описать принцип действия задатчика углов формирования отпирающих импульсов по предложенной схеме.
Изобразить диаграммы напряжений на элементах схемы.
Ответ
Задатчики углов преимущественно используются в системах управления инверторов тока с формой выходного напряжения, близкой к синусоидальной. Функции его заключаются и вырабатывании сигнала для формирования отпирающего импульса в определенной фазе относительно выходного напряжения инвертора.
На рисунке представлен вариант схемы задатчика угла одного канала системы управления однофазного инвертора тока. Принцип действия схемы следующий. Переменное напряжение с выхода инвертора подается на трехобмоточный трансформатор Тр, а со вторичных обмоток трансформатора — на резисторы R1 и R2. Необходимые напряжения их и и2 (от которых зависит угол инвертора) устанавливаются резисторами R1 и R2. Конденсатор С является элементом памяти амплитуды напряжения , а диод VD является разделительным не позволяет разряжаться конденсатору на резистор R2.
В основу такого задатчика заложен принцип вертикального управления, согласно которому формирование отпирающих импульсов происходит при наступлении равенства по амплитуде двух или более сигналов.
В данной схеме момент формирования отпирающего импульса определяется равенством напряжений:
Коэффициенты k1 и k2 определяются коэффициентом трансформации трансформатора и положением ползунков резисторов R1 и R2.
Угол опережения инвертора (в данном случае угол между отпирающим импульсом и моментом спадания выходного напряжения до нуля) может быть определен из соотношения
=arcsin k2/ k1.
Такая схема задатчнка достаточно проста и обеспечивает постоянство угла в большинстве режимов работы инвертора. Кроме того, данная схема позволяет автоматически регулировать величину угла введением сигнала от системы автоматического регулирования инвертора.
Диаграмма напряжений на элементах схемы.