Раздел: Документация
0 ... 40 41 42 43 44 45 46 ... 49 питание либо от выпрямителя В (при наличии напряжения на сетевом вводе), либо от аккумуляторной батареи АВ (при исчезновении напряжения На сетевом вводе). В зависимости от типа используемого в АьЩ инвертора выпрямитель может быть управляемым или неуправляемым. Для проведения регламентных и ремонтных работ АБП часто предусматривают так называемую обходную сеть с контактором К2, к которой на этот период времени подключается нагрузка Н (рис. 6.2, в). Для обеспечения безразрывного перехода с инвертора на сеть необходимо производить синхронизацию сетевого и инверторного напряжений. Обходная сеть может одновременно выполнять функции резервного источника электроэнергии. Поскольку АБП используются для питания ответственных потребителей, необходимо, чтобы сами АБП имели высокую надежность. С этой целью применяют резервирование АБП, которое, в частности, может быть осуществлено по схеме, представленной на рис. 6.2, г. Для обеспечения высокой надежности резервируемые агрегаты и устройства системы бесперебойного питания выполняются конструктивно независимыми друг от друга при минимуме общих цепей управления и контроля. Кроме того, чтобы быстродействующие (статические) контакторы начали действовать до отклонения выходных параметров АБП сверх допустимых значений, в резервируемых агрегатах обычно осуществляется непрерывный контроль его внутренних параметров, характеризующих состояние тиристоров, функциональных блоков управления и др В настоящее время на основе автономных инверторов различных типов разработаны АБП мощностью от единиц до нескольких сотен киловольт-ампер, значительно отличающихся по своим технико-экономическим характеристикам. Освоение промышленностью новых типов силовых быстродействующих приборов значительно интенсифицировало работы в этой области. В результате этих работ созданы АБП с высокими технико-экономическими показателями. Автономные инверторы являются необходимой составной частью автономных электросистем, имеющих первичные источники электроэнергии с выходом на постоянном токе. Примером такого источника для автономных систем является электрохимический генератор, вырабатывающий электроэнергию в виде постоянного тока, поступающей далее на вход автономного инвертора. Выходные параметры такого инвертора обычно соответствуют параметрам промышленной сети, а номинальная мощность составляет от единиц до нескольких десятков киловатт. В системах с электропитанием на постоянном токе автономные инверторы также необходимы для обеспечения питания электропривода переменного тока. В этих 260 случаях автономные инверторы, как правило, должны иметь соответствующие технические характеристики (например, обеспечивать пусковые режимы работы двигателей, частное регулирование скорости и др.). Большая часть автономных инверторов, особенно для АБП, имеет выходные параметры, соответствующие аналогичным параметрам промышленной электросети. Для этих целей в области больших мощностей рациональной является схема инвертора тока, имеющего по принципу действия форму напряжения более близкую к синусоидальной, чем другие типы схем. В то же время появление мощных полностью управляемых ключевых полупроводниковых приборов открыло хорошую перспективу использования схем инверторов напряжения с синусоидальной модуляцией выходного напряжения на повышенной частоте по принципу «слежения» за эталонным синусоидальным сигналом (см. § 3.2). Схемы с управлением по принципу «слежения» позволяют сохранять синусоидальность выходного напряжения при существенно нелинейных нагрузках и отличаются высокими технико-экономическими показателями. В настоящее время для инверторов малой и средней мощности схемы такого типа являются наиболее перспективными [15]. Многие потребители электрической энергии должны получать электропитание в виде переменного тока с частотой, отличающейся от 50 Гц. Для электроснабжения таких потребителей применяются преобразователи частоты. Перспективной областью применения преобразователей частоты является электропривод переменного тока. Использование переменного тока в электроприводе длительный период сдерживалось трудностями, связанными с регулированием скорости асинхронных двигателей. В то же время известно, что бесколлекторный асинхронный двигатель по надежности и экономичности существенно превосходит двигатели постоянного тока. Существуют различные способы регулирования скорости асинхронных двигателей: изменением числа пар полюсов за счет переключения частей статорной обмотки, изменением индуктивного сопротивления цепи статора и др. Однако все эти способы значительно уступают по эффективности и экономичности частотному способу регулирования скорости асинхронного двигателя. Частотный способ основан на изменении частоты подводимого к двигателю напряжения. Для того чтобы обеспечить оптимальный режим работы асинхронного двигателя, необходимо при изменении частоты пропорционально изменять и подводимое к двигателю напряжение («//=const). Для частотного регулирования скорости двигателей переменного тока получили распространение преобразователи частоты с непосредственной связью и естественной коммутацией ти- ристоров. Эти преобразователи позволяют плавно регулировать выходное напряжение и его частоту в широких пределах и имеют хорошие технико-экономические показатели. Основными их недостатками являются ограничения верхнего предела частоты выходного напряжения и низкое значение коэффициента мощности. Преобразователи этого типа выполняются на основе трехфазных схем, в частности, рациональной является схема «звезда — обратная звезда» с уравнительным реактором. Диапазон изменения частоты выходного напряжения соответствует 1—25 Гц. Преобразователи этого типа разрабатываются, как правило, сериями комплектных устройств на различные токи и напряжения. Система регулирования их параметров обычно позволяет реализовать закон частотного управления двигателем с форсировкой напряжения на низких частотах. Кроме того, они могут обеспечивать частотный пуск, частотное торможение с рекуперацией энергии в сеть и реверс привода. Освоение промышленностью запираемых тиристоров позволяет существенно улучшить технико-экономические характеристики этого типа преобразователей за счет реализации режимов работы схемы в четырех квадрантах и, следовательно, возможности улучшения коэффициента мощности, а также улучшения гармонического состава токов путем широтно-импульс-ной модуляции на повышенной частоте по синусоидальному закону. Использование запираемых тиристоров обеспечивает также принципиальные возможности работы преобразователей с частотами, превышающими частоту питающей сети. При необходимости иметь широкий диапазон частотного регулирования целесообразно использовать преобразователи с промежуточным звеном постоянного тока. Инверторное звено в таком преобразователе может работать с частотами, значения которых существенно превосходят значения частоты питающей сети. Большой экономический эффект дает применение статических преобразователей частоты для питания электротермических установок поверхностного и сквозного нагрева. С этой целью разработаны различные типы преобразователей частоты по схеме с промежуточным звеном постоянного тока. Инверторное звено в таких преобразователях рассчитывается на выработку переменного тока высокой частоты (до 10 кГц и более) и выполняется, как правило, на основе резонансных схем, часто в многоячейковом исполнении. Характерные значения мощности такого типа преобразователей, предназначенных для индукционного нагрева металла, составляют сотни киловатт. Переменный ток повышенной частоты используется также для питания люминесцентных ламп, что дает существенный экономический эффект за счет уменьшения потерь энергии в лампах при одновременном увеличении их световой отдачи. 262 Для этого обычно используются преобразователи, выполненные по трехфазно-однофазной схеме. Для питания различного рода электронной аппаратуры часто используется переменный ток с частотой 400 Гц. При использовании в качестве основного источника электроэнергии промышленной сети возникает необходимость в преобразователе частоты 50 Гц/400 Гц. Рациональной схемой преобразователя в этом случае также является схема с явно выраженным звеном постоянного тока и автономным инвертором, тип которого определяется характером нагрузки и требованиями, предъявляемыми к качеству выходного напряжения. Преобразование частоты также широко используется в авиации. Это обусловлено тем, что значительная часть бортовой аппаратуры самолетов рассчитана на питание переменным током повышенной частоты, в частности, распространенной является частота 400 Гц. В зависимости от структуры системы электроснабжения в самолетах применяются преобразователи частоты либо с непосредственной связью, либо с промежуточным звеном постоянного тока. Преобразователи частоты с непосредственной связью обычно выполняются на тиристорах. На вход этих преобразователей подается трехфазное напряжение высокой частоты (свыше 1 кГц) от первичных генераторов, приводимых во вращение авиадвигателями. Частота выходного напряжения генераторов изменяется в зависимости от режима работы авиадвигателей (например, в диапазоне 1,2—2,4 кГц). С выхода бортовых преобразователей частоты снимается однофазное или трехфазное напряжение частотой 400 Гц. В системах электроснабжения, выполненных по структуре с явно выраженным звеном постоянного тока, переменное напряжение*первичных генераторов поступает на выпрямители, которые обеспечивают питанием потребителей постоянного тока. Для питания потребителей переменного тока используются автономные инверторы, выполненные по схемам, обеспечивающим наилучшие массогабаритные показатели. В частности, для этих целей могут быть успешно использованы многофазные схемы с синтезированием синусоидального напряжения посредством геометрического сложения выходных напряжений нескольких инверторных модулей или ячеек. Следует отметить, что автономные инверторы в качестве промежуточного звена используются не только в преобразователях частоты, но и в преобразователях другого типа, например, постоянного тока в постоянный. С развитием элементной базы силовой электроники в последние годы существенно расширилась область использования преобразователей с промежуточным звеном повышенной частоты, функции которого выполняют автономные инверторы. Повышение рабочей частоты преобразователя позволяет значительно уменьшить массу и габариты преобразователя в целом. Интенсивно ведутся работы по созданию вторичных источников питаний малой мощности, в основе которых лежит структура со звеном повышенной частоты. Наиболее перспективными схемами автономных инверторов в этом случае являются схемы инверторов резонансного типа. На основе резонансных инверторов, работающих на частотах свыше 100 кГц, созданы вторичные источники питания мощностью от десятков до сотен ватт с высокими технико-экономическими показателями, такими, как удельные значения массы и габаритов. 6.2. ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ Основные требования, предъявляемые к силовым электронным устройствам, можно разделить на две группы: требования к электрическим параметрам; конструктивно-технические требования. Требования к электрическим параметрам определяются видом преобразования электрической энергии и техническими характеристиками первичного источника электропитания и нагрузки. Соответственно принято различать требования к выходным и входным параметрам преобразователя. При питании преобразователя от источника переменного тока оговариваются не только номинальные значения напряжения и тока, число фаз и частота, но и качество электропитания. В понятие последнего прежде всего включаются значения статической и динамической стабильности указанных номиналов, коэффициент несинусоидальности напряжения, длительность и периодичность динамических отклонений. Если первичный источник имеет мощность, соизмеримую с мощностью преобразователя, то необходимо указывать требования к гармоническому составу входного тока преобразователя, коэффициенту мощности (по основной гармонике напряжения и тока) и циклограмме режимов работы преобразователя. Вместо требований к гармоническому составу входного тока преобразователя можно предъявлять требования к допустимому искажению напряжения первичного источника. Но при этом следует указывать значения внутреннего сопротивления источника или приводить характеристики (например, частотные), позволяющие идентифицировать первичный источник эквивалентным электротехническим звеном (с учетом собственного регулятора). Для оценки влияния несинусоидальности тока преобразователя на напряжение источника может использоваться соответствующая математическая модель этого источника, учитывающая параметры его по выходу. Необходимо отметить, что при наличии длинных кабельных соединений между 264 i8 № 3658 источником и преобразователем следует указывать их электрическое сопротивление. Причем в отдельных случаях, например когда по кабелям протекают токи высших гармоник, указываются значения распределенных индуктивностей и ем-, костей кабельных соединений. Пренебрежение этими параметрами может привести к появлению нежелательных резонансных явлений на повышенных частотах, приводящих к дополнительным искажениям напряжения источника. Кроме того, они могут вызвать дополнительные Всплески и провалы напряжения в динамических режимах работы преобразователя. Для преобразователя с питанием от источника постоянного тока также указываются номинальное значение напряжения, его статическая и динамическая нестабильность, длительность и периодичность динамических отклонений. Важными параметрами на постоянном токе являются уровень и частота пульсаций напряжения. При соизмеримости мощностей источника и преобразователя следует также оговаривать динамические значения внутренних сопротивлений источника (с учетом собственного регулятора и двухсторонней проводимости тока). Эти значения позволяют оценить влияние пульсаций входного тока преобразователя на напряжение источника, всплески и провалы этого напряжения при коммутации тока преобразователя, в частности при сбросах и набросах его нагрузки. Для преобразователей, выполняющих функции вторичных источников питания, требования к выходным параметрам аналогичны требованиям к входным. Разница заключается в том, что входные параметры указываются как исходные данные, влияние на которые со стороны преобразователя, как правило, мдло, а выходные параметры являются результатом, синтеза схемотехнических решений при проектировании. В этом отношении проявляется двойственная природа преобразователя как вторичного источника питания. Для первичного источника он сам является нагрузкой, а для потребителей—источником электроэнергии соответствующего вида и качества. Разработка преобразователя как источника электроэнергии определяет, как правило, требование к диапазону регулирования выходных параметров. Поскольку номинальные значения выходных параметров являются фиксированными и должны соответствовать действующим стандартам, возможность регулирования позволяет учесть конкретные технические характеристики потребителей, а также падения напряжений в кабельных соединениях. Для преобразователей, питающих ответственные потребители, обычно указываются предельно допустимые отклонения выходных параметров от номинальных значений во всех режимах, включая аварийные. Эти требования являются основой для разработки системы внутренних защит преобразователя. 0 ... 40 41 42 43 44 45 46 ... 49
|
