Временные диаграммы напряжений и токов для инвертора тока

Энергетическая электроника
Мишуров Владимир Сергеевич
Ст.преподаватель кафедры «Промышленная
электроника»,
Зав. лабораторией "Преобразовательной техники и
импульсно модуляционных систем"
Тема занятия :
Автономные инверторы
Рассматриваемые вопросы:
1. Схемотехника и отличительные признаки
инвертора тока
2. Трехфазные инверторы напряжения
3. Регулятор переменного напряжения
1. Cхемы мостовых инверторов тока
( тиристорного и на биполярных транзисторах )
+
L
+
L
VT3
VS3
VS1
VT1
C1
VD1
Uпит
Uпит
C1
VD3
Zн
Zн
VD4
VD2
VS2
-
VT4
VS4
VT2
-
Ключ К1 (VT1,VD1) включен, К2 выключен.
Конденсатор С перезаряжается до полярности в ()
Ключ К2 включен, К1 выключен.
Конденсатор С перезаряжается до полярности в ()
Временные диаграммы напряжений и токов
для инвертора тока
напряжение Uc при Rн
напряжение Uc при RLн
Вопрос 1
Зачем в транзисторном инверторе тока устанавливают
диоды ?
Ответ 1
Биполярные транзисторы держат обратное
напряжение не более
векторная диаграмма токов и напряжений
инвертора тока
Uн
мин
IИ
Для полного восстановления
запирающих свойств выключаемых
тиристоров необходимо, чтобы
инвертируемый ток имел
опережающий характер по
IС
отношению к напряжению
нагрузки, причем
.
>
мин
Н
0
IН
Основные выражения для расчета инвертора тока
- Напряжение нагрузки
при известных ее параметрах
- КПД инвертора тока
Для обеспечения работоспособности инвертора тока
необходимо, чтобы угол опережения тока
, а емкость конденсатора
Отличительные признаки инвертора тока
1. Источник тока на входе инвертора тока
2. Выход инвертора шунтируется конденсатором
3. Последовательно с транзистором устанавливается диод
Внешние характеристики инвертора тока
Вопросы для самоконтроля
1. Чем отличается автономный инвертор напряжения от
автономного инвертора тока?
2. Каково назначение конденсатора Cк в тиристорных
автономных инверторах тока ?
3. Почему выходное напряжение в инверторе тока может быть
больше, чем входное?
4. Объясните вид внешних характеристик автономных
инверторов тока.
5. Какой аварийный режим возникает при сбросе нагрузки до
холостого хода в автономном инверторе тока?
6. Какими элементами отличаются АИН, выполненные на
полностью и не полностью управляемых вентилях?
2. Трехфазный мостовой инвертор
Нагрузка подключена по схеме - звезда
- треугольник
Цепь протекания тока на интервале от
при
до
Цепь протекания тока на интервале от
при
до
Диаграммы напряжений инвертора при
управлении
Диаграммы линейных напряжений инвертора при
управлении
При
управлении длительность импульсов управления
составляет треть от периода
Вопрос 2
- укажите соотношение фазного и линейного напряжений
в трехфазном инверторе.
Ответ 1
Особенности реализации трехфазного
напряжения
Для формирования трехфазного симметричного
напряжения необходимо:
- импульсные последовательности управления ключами
в стойках должны быть сдвинуты на
;
- при
управлении ключи в стойках должны работать
в противофазе;
- нагрузка может быть подключена по схеме звезда
или треугольник;
- ключи должны быть шунтированы обратными диодами;
- выполняется соотношение
При
При
.
управлении всегда открыты 3 ключа
управлении всегда открыты 2 ключа
Диаграммы фазных и потребляемого токов и потр.
Нагрузка, как правило, носит индуктивный характер
(трехфазные двигатели переменного тока, трансформаторы)
Регулирование напряжения в трехфазных АИН
u ГПН
u
uу
t
t
Многократная равномерная однополярная ШИМ
с синусоидальной функцией построения
Вопросы для самоконтроля
1. Объясните принцип работы трехфазного инвертора напряжения.
2. Что такое ШИМ? Объясните принцип формирования сигналов
управления трехфазным инвертором.
3. Покажите пути токов в трехфазных АИН.
4. Как формируются фазные и линейные напряжения в трехфазных
АИН?
5. Как изменяются пути токов при коммутации транзисторов и
разных коэффициентах мощности нагрузки?
6. Какие допущения принимаются при расчете трехфазных АИН?
7. Каковы преимущества и недостатки различных методов
управления трехфазным мостовым инвертором?
3. Регулятор переменного напряжения
Ключ переменного тока на биполярном транзисторе
с защитной RCD - цепью
VD4
VD1
С
VT
1
2
VD3
VD2
Rз
Rp
U
VD5
Схема автотрансформатора
Режимы работы «электронного» автотрансформатора
Режим вольтодобавки
Замкнуты ключи
К1, К4, К5, К8
Замкнуты ключи
К2, К3, К6, К7
u н  uвх 1  k тр 
Режим неискаженной передачи
Замкнуты ключи
К1,К4- К2,К3;
К5, К6-К7,К8
Режим вольтоотбавки
Замкнуты ключи
К1, К4, К6, К7
Замкнуты ключи
К2, К3, К5, К8
u н  uвх 1  k тр 
Диаграммы работы РО со звеном повышенной частоты
Функциональная схема стабилизатора переменного напряжения
L1
РО
TV
С1
К1
К3
W1
~UC
К2
Uβ
Uβ
Uα
К4
L2
К5
W´2
С2
Дм
в
а
~Uab
W´´
Uн
2
К6
Uзг
ФСУ β
ЗГ
Uзг
ФСУ α
СУ
Uу
Uα
КЗ
УС
TVoc
УР
ЯП
Инт
В
Сх1
Сх2
Uош
Uoc
Uз
В n
Преобразователь с
многозонной
импульсной
модуляцией (МИМ)
К2.n
ДМ.n
К4.n
W2.n
Пn
В n
К1.n
ZН
К3.n
UВЫХ
В 2
К2.2
ДМ.2
К3.2
TV1
W2.2
П2
В 2
К1.2
К4.2 W1.1
К2
В 1
К2.1
ДМ.1
К4.1
П1
UУПР.
И
К1
W2.1
В 1
К1.1
К4
К3.1
ЗГ
e(t)
К3
Зависимость напряжения искажающих гармоник
от частоты
U(В)
20
17,5В
15
10
5,8В
5
100Гц
10000
30000
3,5В
50000
f(кГц)
Временные диаграммы выходного напряжения
преобразователя при регулировании в третьей зоне с γ = 0,5
U
UВЫХ
UСМАКС.
КТР
UСМАКС.
t
Методика проектирования преобразователей
со звеном повышенной частоты:
1. Анализ исходных данных технического задания .
2. Выбор (разработка) силовой цепи инвертора.
3. Описание принципа работы преобразователя с использованием временных
диаграмм напряжений и токов, характерных для выбранного инвертора.
4. Расчет электрических параметров элементов силовой цепи.
5. Разработка схемы управления.
6. Для вторичных источников питания на основе инвертора расчет
статической точности и устойчивости замкнутой системы.
7. Моделирование (макетирование) узлов и системы в целом.
Вопросы для самоконтроля
1. Какие схемы ключей переменного тока Вы знаете?
2. Покажите цепь протекания тока нагрузки в регуляторе
переменного напряжения в режиме вольтодобавки
(вольтоотбавки)?
3. Чем отличается ОРМ от ДРМ?
4. Каково назначение инвертора в функциональной
схеме регулирующего органа?
5. Каково назначение демодулятора в функциональной
схеме регулирующего органа?
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Основная литература
1.Кобзев А.В., Коновалов И.Б., Семенов В.Д. Энергетическая электроника:
Учебное пособие. В 2-х частях — Томск: Томский межвузовский центр
дистанционного образования, 2012. — Ч.1. — 102 с.
2. Мишуров В.С., Семенов В.Д.
Энергетическая электроника: Учебное методическое пособие. — Томск:
Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2012. — 174 с.
Дополнительная литература
1. Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характеристики,
применение. – М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2001. – 364 с.
2. Высокочастотные транзисторные преобразователи / Э.М. Ромаш и др. – М.: Радио и
связь, 1988. – 288 с.
3. Моин В.С. Стабилизированные транзисторные преобразователи. – М.:
Энергоатомиздат, 1986. – 376 с.
4. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 296 с.
5. Сергеев Б.С. Схемотехника функциональных узлов источников вторичного
электропитания: Справочник. – М.: Радио и связь, 1992. – 224 с.
Спасибо за внимание
Высылайте вопросы по дисциплине «Энергетическая
электроника» через диспетчерский отдел ФДО
(problems@fdo.tusur.ru) .
На следующих занятиях постараемся рассмотреть.
Следующее занятие будет посвящен инвертору тока,
многофазным инверторам, преобразователю со звеном
повышенной частоты.
Посмотрите:
- разделы 3.4-3.5;5 учебного пособия «Энергетическая
электроника» Кобзев А.В. и др.
- параграфы 3.3;3.5 учебно-методического пособия
" Энергетическая электроника " Семенов В.Д., Мишуров В.С.