Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Випрямлячі струму
|
|
Схема однофазного мостового випрямляча струму наведена на рис. 4.24. Вона містить контактну мережу як джерело змінної напруги и 1, тяговий трансформатор Т, вхідний фільтр L, або СL, мостовий комутатор на ключах змінного струму 1– 4, вихідний фільтр Cd, L р, C p та навантаження Z н, а це звичайно асинхронний двигун, який приєднується через автономний інвертор напруги.
|
 |
Розглянемо дію схеми при двополярній ШІМ, яку можна реалізувати з найпростішою системою керування. Вихідну напругу иd припустимо ідеально згладженою. Тоді у напрузі и в на вході моста чергуються позитивний та негативний імпульси з амплітудою иd, як це показано на діаграмі рис. 4.25, а. Позитивний імпульс формується, якщо ввімкнені ключі 1, 4, та негативний – при ввімкнених ключах 2, 3. Напругу и 2 на вторинній обмотці трансформатора припустимо синусоїдальною та меншою за амплітудою порівняно з иd. Тоді напруга (и 2 - и в) на індуктивності L вхідного фільтра у точках комутації змінює полярність (на рис. 4.25, а заштрихована), що означає зміну знака похідної від струму і 2. Тобто струм після комутації починає наростати, якщо до неї він спадав, та навпаки. Це дозволяє утримувати струм і 2 у вузькій зоні навколо сигналу задання і з, якщо задання змінюється не дуже швидко (рис. 4.25, б). Зокрема, задання може бути синусоїдальним низькочастотним сигналом, який збігається за фазою з напругою
, 
, (4.57)
|
Окрім послідовного дроселя L, вхідний фільтр може містити також паралельний конденсатор С. Якщо цього конденсатора немає, то значна доля напруги вищих гармонік із входу комутатора прикладається до власних індуктивностей джерела живлення, які приєднані послідовно до індуктивності фільтра. Внаслідок цього напруга на виводах джерела, яке може живити також інші навантаження, спотворена.
Паралельний конденсатор, якщо його ємність достатньо велика, значно знижує опір між точками А, Б для вищих гармонік та падіння напруги від струмів цих гармонік. Але у вхідному фільтрі з ємністю можливо виникнення резонансних явищ.
Вихідний струм іd складається з відрізків діаграми вхідного струму і 2, які змінюють знак у кожну комутацію в зв’язку з перемиканням вихідного кола відносно вхідного (рис. 4.25, в). Як бачимо, огинаюча вихідного струму, яка складається з середніх значень на кожному такті (пунктир на рис. 4.25, в), не постійна і містить низькочастотні пульсації. Їх існування обумовлене тим, що миттєва потужність однофазної системи змінного струму не постійна та пульсує з подвійною частотою. Це видно з (4.57):
. (4.58)
Якщо нехтувати пульсаціями з частотою ШІМ, а також досить невеликим падінням напруги огинаючої на дроселі L, то вхідна потужність р 2 дорівнює миттєвій потужності на виході комутатора, пов’язаній з огинаючою 
струму 
:
. (4.59)
|
, струм 
повторює за формою потужність р 2, тобто містить єдину низькочастотну гармоніку з подвійною частотою джерела. В зв’язку з низькою частотою її згладжування за допомогою тільки фільтрового конденсатора С потребує досить великої ємності конденсатора.
Значно менші розміри має резонансний фільтр L p C p,
настроєний на гармоніку подвійної частоти:
. (4.60)
На частоті цієї гармоніки опір контура L p C p дорівнює нулю, що дозволяє одержати добру фільтрацію при досить невеликих розмірах реактивних елементів. Окремий конденсатор Сd згладжує при цьому тільки гармоніки з частотою ШІМ. Комутатор випрямляча складається з двоквадрантних ключів змінного струму. Випрямляч має згладжену та однополярну вихідну напругу, а тому зміна знака потужності, що передається, можлива лише шляхом зміни напрямку струму іd.
На рис. 4.26 наведена структурна схема системи керування випрямлячем струму з двополярною синусоїдальною ШІМ. Регулятор струму Р і слідкувального типу (наприклад, двопозіційний) примушує фактичний струм i 2 відслідковувати сигнал задання по струму i з. Для цього, якщо i 2 став більшим, ніж i з, на ширину зони слідкування, вмикаються ключі 1, 4 і струм починає спадати (комутаційна функція s набуває значення + 1, що є сигналом для ввімкнення ключів 1, 4). Якщо ж i 2 став меншим, ніж i з, на ту ж ширину, то задається 
, що є сигналом для ввімкнення ключів 2, 3. Струм i 2 починає наростати і так далі. Ширину зони слідкування задає елемент з гістерезисною характеристикою, наприклад, тригер Шмітта (розділ 3, п. 2.5).
Сигнал задання i з в усталеному режимі має форму синусоїди з частотою джерела, яка збігається за фазою з напругою и 1. Для його одержання сигнал, пропорційний и 1, помножується на сигнал керування и к, який виробляється регулятором P u вихідної напруги иd. Останній діє у функції різниці між фактичною напругою иd та заданням по напрузі и з. Таким чином, регулятор P u змінює амплітуду синусоїдального сигналу задання за струмом, щоб підтримати вихідну напругу иd рівною заданню по напрузі и з. Щоб струм i з зберігав на періоді синусоїдальну форму, сигнал и к повинен бути протягом періоду постійним, а змінюватися лише на межах періодів. Для цього регулятор напруги виконується або інерційним, або має дискретний вхід, тобто вимірює різницю між иd і и з лише на початку кожного періоду.
Із сказаного випливає, що напруга иd, яка підтримується, повинна в усіх режимах перевищувати амплітуду вхідної напруги и 2, тобто випрямляч струму діє відносно виходу як підвищувальний ШІП. Це є його істотним недоліком, що не дозволяє регулювати вихідну напругу у широких межах, а також обмежувати струмові перевантаження на виході, наприклад, при короткому замиканні. Тому ця схема найбільш ефективна тоді, коли на виході є ще один перетворювач, наприклад, автономний інвертор напруги, який дозволяє обмежити струмові перевантаження при короткому замиканні в навантаженні. Такі умови створюються в асинхронному частотно-регульованому приводі. Випрямляч струму діє при цьому як первинна ланка перетворювальної системи (як вхідний перетворювач), а вторинною ланкою є автономний інвертор напруги з синусоїдальною ШІМ, який змінює у широких межах частоту та амплітуду напруги на двигуні (рис. 4.27). Конденсатор Cd є одночасно як вихідним фільтром гармонік з частотою ШІМ у випрямлячі струму, так і вхідним фільтром в інверторі напруги. Гармонік з подвійною частотою огинаючої напруги на двигуні на вході інвертора напруги не створюється, тому що миттєва потужність трифазної системи синусоїдальних напруг постійна у функції часу і не пульсує з подвійною частотою. Це пояснюється тим, що пульсаційні складові потужності у кожній з трьох фаз зсунуті одна відносно другої на кути 120 і 240° та дають у сумі нуль. Тому конденсатор Cd як вхідний фільтр інвертора напруги згладжує лише пульсації з частотою ШІМ.
|
 |
Напруга иd в проміжній ланці постійного струму підтримується постійною згідно з рекомендацією, яка обговорювалася вище. У випадку короткого замикання у проміжній ланці припиняється подача вмикаючих імпульсів на керуючі електроди транзисторів випрямляча, що захищає їх від струмових перевантажень. Первинна ланка починає працювати при цьому як некерований випрямляч на зворотних діодах, який при зростанні струму відключається від джерела живлення струмовим захистом (автоматичним вимикачем) на вході.