Раздел: Документация
0 ... 15 16 17 18 19 20 21 ... 49 ристор VS3. Этот тиристор включается, в результате чего фазы а и Ь вторичных обмоток трансформатора оказываются замкнутыми накоротко и в них начинает протекать ток короткого замыкания, направленный навстречу току iySi, протекающему через тиристор VSi. Иначе говоря, начинается процесс коммутации, аналогичный процессу коммутации в трехфазной мостовой схеме выпрямителя (см. § 2.3), длительность которого выражается углом у. Напряжение щ на интервале коммутации становится равным напряжению ис минус полусумма напряжений иа и щ. После окончания процесса коммутации ток будут проводить тиристоры VS2 и VS3, а к тиристору будет приложено обратное напряжение VSi в течение времени, определяемого углом 8 согласно (3.2). Далее коммутация тиристоров идет в соответствии с их нумерацией, указанной на рис. 3.4, а. Длительность проводя- щего интервала каждого вентиля равна — +у. Напряжение источника Udo при холостом ходе инвертора связано с действующим значением фазного напряжения трансформатора соотношением Udo-- t/2cosp\(3.4) тс Остальные соотношения для инверторного режима подобны соотношениям, приведенным для данной схемы, работающей в выпрямительном режиме на активно-индуктивную нагрузку (§ 2.2). 3.1.3. БАЛАНС МОЩНОСТЕЙ В ИНВЕРТОРЕ. ВЕДОМОМ СЕТЬЮ При рассмотрении принципа действия инвертора, ведомого сетью, было сказано, что первая гармоника сетевого тока, который имеет несинусоидальную форму, сдвинута относительно сетевого напряжения на угол, примерно равный 0 — у/2. В результате ведомый инвертор, передавая активную мощность от источника постоянного тока в сеть, потребляет из нее реактивную мощность. Рассмотрим баланс мощностей в системе: источник постоянного тока—инвертор — сеть, полагая КПД инвертора равным единице. Активная мощность, потребляемая инвертором от источника постоянного тока, равна P=UdId,(3.5) где Ud и Id — напряжение источника и среднее значение тока на входе инвертора. Эту же мощность на стороне переменного тока (например, для однофазной схемы) можно выразить известным соотноше- нием, учитывая, что угол сдвига между первой гармоникой сетевого тока и напряжением сети примерно равен 0 — у/2 (см. рис. 3.3): /»=£/c/clcos(p-y/2).(3.6) Из (3.5) и (3.6) следует hi = Id-r,-75-jzz-(3-7) Мощность, генерируемая сетью в инвертор, может быть выражена известным соотношением e = l/c/cisin(p-7/2) = Ptg(p-Y/2).(3.8) Инвертор потребляет из сети также высшие гармоники тока. Например, для однофазной схемы со средней точкой при Ld —оо и пренебрежении углом коммутации у сетевой ток имеет прямоугольную форму и может быть представлен следующим гармоническим рядом: !el = -Jd(cosa+icos3S+icos5&-r-... V(3.9) тс V35/ Аналогичный вид имеет гармонический состав первичного тока для схемы, работающей в выпрямительном режиме (§ 2.2). Степень несинусоидальности тока может быть оценена через коэффициент искажения v (§ 2.4). Коэффициент v определяется типом схемы, на него оказывают влияние угол Р, индуктивность Ld, среднее значение тока Id и другие, менее значительные факторы. Мощность искажения Т может быть выражена соотношением T=S2-P2-Q2,(3.10) где S—полная мощность инвертора на стороне переменного тока. Полная мощность S=UCIC,(3.11) где Uc и /с — действующие значения напряжения сети и сетевого тока (с учетом высших гармоник). С учетом высших гармоник коэффициент мощности инвертора X = vcos(p-7/2).(3.12) Из изложенного следует, что в сети, потребляющей активную мощность от инвертора, должны содержаться источники реактивной мощности, например синхронный генератор, конденсаторные батареи или другие типы источников реактивной мощности. Возможности повышения коэффициента мощности путем уменьшения угла Р ограничены условиями естественной коммутации тиристоров, согласно которым угол 5 = Р—у должен быть всегда больше определенного значения 8т,я, о чем более подробно будет сказано ниже. Поэтому для повышения коэффициента мощности инверторов, ведомых сетью, используют специальные методы, в частности принудительную (или искусственную) коммутацию тиристоров, как это делается с той же целью в выпрямителях (см. гл. 2). Существует много различных схем, реализующих искусственную коммутацию тиристоров. Большие перспективы в этом отношении имеют схемы на запираемых тиристорах. Следует отметить, что перевод инвертора в режим работы с отстающими значениями угла Р приводит к тому, что из потребителя реактивной мощности он становится ее генератором. Вернемся снова к векторной диаграмме (см. рис. 3.3). На представленной плоскости возможных изменений вектора первой гармоники сетевого тока преобразователя выделены четыре области, соответствующие прямоугольной системе координат и обозначенные на рис. 3.3 римскими цифрами: 1.Область I соответствует изменению угла управления* а от 0 до тс/2, или выпрямительному режиму работы с потреблением из сети реактивной мощности. 2.Область II соответствует изменению угла а от тс/2 до л (угол Р от л/2 до 0), или инверторному режиму с потреблением из сети реактивной мощности. 3.Область III соответствует изменению угла а от л до Зл/2, или работе в инверторном режиме с генерацией реактивной мощности в сеть. 4.Область IV соответствует изменению угла а от Зл/2 до "2л, или работе в выпрямительном режиме с генерацией реактивной мощности в сеть. При работе преобразователя в режимах, соответствующих областям I и II, коммутация тиристоров происходит под воздействием напряжения сети переменного тока (естественная коммутация). Для того чтобы обеспечить работу в режимах, соответствующих областям III и IV, необходимо применять специальные меры для обеспечения коммутации и тиристоров, которую в данных случаях принято называть искусственной или принудительной, или же использовать полностью управляемые ключевые элементы (например, запираемые тиристоры, транзисторы и др.). * Угол коммутации у в рассматриваемых случаях для упрощения принят равным нулю. 3.1.4. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И РЕЖИМЫ РАБОТЫ ИНВЕРТОРОВ, ВЕДОМЫХ СЕТЬЮ При анализе нормальных режимов работы инвертора важно знать следующие основные его характеристики: входную и ограничительную. Входная характеристика представляет собой зависимость входного напряжения инвертора Ud от среднего значения входного тока 1а. Входное напряжение инвертора при допущении равенства нулю падения напряжения в тиристорах и активных сопротивлениях схемы можно представить в виде суммы двух составляющих. Первая составляющая входного напряжения — это напряжение холостого хода Ud0, равное входному напряжению при мгновенной коммутации, т. е. при у = 0. Второй составляющей является среднее значение падения напряжения AU на интервалах коммутации. В отличие от выпрямителей, у которых падение напряжения A U вычитается из напряжения холостого хода, в ведомых инверторах эти составляющие суммируются: Ud = Ud0 + AU.(3.13) Значения Ud0 и A U для различных схем инверторов могут быть вычислены по соотношениям, аналогичным приведенным в гл. 2 для управляемых выпрямителей. Падение напряжения A U зависит от входного тока преобразователя, поэтому выражение (3.13), в которое подставлена зависимость AU=fild), представляет собой входную характеристику инвертора. Так, для однофазной двухполупериодной схемы при Ld — <x> входная характеристика имеет вид Ud = hLE1co+1.(3.14) лл На рис. 3.5 представлены входные характеристики однофазного инвертора при различных углах Р, построенные по уравнению (3.14). Видно, что они в отличие от внешних характеристик выпрямителя, которые представлены на рис. 3.5 в правой полуплоскости, имеют возрастающий характер (напряжение увеличивается с ростом тока). При этом внешние характеристики выпрямителя являются продолжением входных характеристик инвертора при условии равенства углов а и р. При увеличении входного напряжения Ud растет ток Id и поэтому увеличивается угол коммутации у, т. е. при неизменном значении угла опережения Р уменьшается угол выключения тиристоров. Минимально допустимое значение угла 8min определяется частотой сетевого напряжения и типом 8 № 3658113  Рис 3 5- Входные и ограничительная характеристики инвертора при m£j=oc  Рис 3 6 Схема реверсивного управления электрическим двигателем тиристоров. Из (3.2) следует, что чем больше угол Р инвертора, тем больше допустимое значение угла коммутации у, а следовательно, и тока Id. Предельно допустимое значение тока 1л можно определить следующим образом. Пусть рассматриваемая схема работает в выпрямительном режиме с углом ос, численно равным углу 8mw. Внешняя характеристика выпрямителя при этом значении угла а показана штриховой линией в области выпрямительного режима на рис. 3.5. Перестроим эту характеристику в область ин-верторного режима. Она также показана штриховой линией. Точки пересечения этой характеристики со входными характеристиками инвертора будут определять предельно допустимые по току Id режимы работы инвертора для разных значений угла р. Для однофазного инвертора она определяется уравнением Ud = 2E2cosbmin + 1.(3.15) тстс Так как эта характеристика указывает предельно допустимые режимы работы инвертора, то она называется ограничительной. Напряжения на шинах постоянного тока преобразователей при Id — 0 (т. е. на холостом ходу) одинаковы для выпрямительного и инверторного режимов и зависят от угла Р (или ос). Эту зависимость обычно называют регулировочной характеристикой. Рассматриваемые преобразователи обладают свойством обратимости, т. е. путем изменения углов управления и переключения полярности источника постоянного тока можно переходить от выпрямительного режима к инверторному и наоборот. В выпрямительном режиме энергия поступает от сети переменного тока в источник (для данного случая — приемник) постоянного тока. Это свойство обратимости широко используется в технике, особенно в области электропривода постоянного тока. Остановимся на этом несколько подробнее. Предположим, что электрическая машина постоянного тока М работает в двигательном режиме и питается от тиристорного преобразователя, работающего в выпрямительном режиме (рис. 3.6). Для эффективного и быстрого торможения двигателя необходимо, чтобы энергия, накопленная в инерционных частях машины, по возможности быстрее была передана другому объекту, например возвращена в сеть переменного тока. Для этого в схеме рис. 3.6 достаточно переключить контакторы (Кх замкнуть, а К2 разомкнуть) и перевести углы управления в область ос > тс/2, т. е. обеспечить инверторный режим работы схемы. При этом энергия, накопленная в двигателе, будет передаваться в сеть, и двигатель будет тормозиться. В технической литературе такой режим называется режимом рекуперации. При работе инверторов, ведомых сетью, могут возникать аварийные режимы, обусловленные теми же причинами, что и в выпрямителях (§ 2.3), например пробоем тиристоров, короткими замыканиями в трансформаторе и др. Однако специфичным аварийным режимом, характерным для ведомых инверторов, является режим «опрокидывания», обусловленный, уменьшением угла 8 ниже допустимого данным типом тиристоров угла 8т,„. В этом случае тиристоры схемы не успевают восстановить свою запирающую способность, -когда- напряжение на них становится прямым, и поэтому остаются в проводящем состоянии. В результате источник постоянного тока оказывается закороченным через два тиристора. В трехфазной мостовой схеме протекание аварийного процесса при «опрокидывании» обычно разделяют на два этапа: первый—замыкание накоротко цепи постоянного тока, второй—замыкание накоротко всех силовых цепей, включая цепь переменного тока. Для предотвращения выхода из строя элементов схемы при такой аварии необходимо применять быстродействующие средства защиты, обеспечивающие аварийные отключения инвертора от внешних источников напряжения. Защита неповрежденных тиристоров от выхода их из строя часто осуществляется применением специальных предохранителей с плавкими вставками, обеспечивающими разрыв цепей прежде, чем аварийные токи достигнут недопустимых для тиристоров значений. 0 ... 15 16 17 18 19 20 21 ... 49
|
