Автономные инверторы
Изучение понятия автономного инвертора, который является преобразователем постоянного тока в переменный ток. Ознакомление с разновидностями транзисторных преобразователей. Рассмотрение особенностей схемы инвертора с последовательным конденсатором.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лекция |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 21.10.2014 |
| Размер файла | 162,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
4
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
1. Понятие и виды автономных инверторов
1.1. Понятие автономного инвертора
1.2. Классификация инверторов
1.3. Пример преобразователя с самовозбуждением на мощных транзисторах
1.4. Разновидности транзисторных преобразователей
2. Основные коммутационные узлы АИ для мощных тиристоров
3. Инвертор с последовательным конденсатором (резонансный АИ)
4. Инвертор тока с параллельно включенным конденсатором переменного тока
5. Инверторы на полностью управляемых вентилях
6. Инвертор трехфазный
1. Понятие и виды автономных инверторов
1.1 Понятие автономного инвертора
Автономный инвертор является преобразователем постоянного тока в переменный ток, и его работа определяется системой управления. Они применяются в том случае, если основным источником питания является солнечная батарея, аккумулятор и т.п.
Схемное решение АИ зависит:
от рода нагрузки тока;
от требований, предъявляемых к инвертору.
Так как тиристоры большой мощности невозможно закрыть током управления, то используют для их закрытия два метода:
Метод встречного тока (он присутствует в инверторах ведомых сетью в период коммутации)
Метод встречного напряжения, при котором к тиристору прикладывается напряжение, запирающее его.
1.2 Классификация инверторов
Разновидность инверторов в настоящее время велика, потому они имеют классификационные признаки. Инверторы делятся по ниже перечисленным критериям.
По схеме преобразования
Различают по схеме преобразования пять видов инверторов:
- Одно - вентильная схема (прерыватель);
- однофазная схема с нулевым выводом;
- однофазная мостовая схема;
- трехфазная схема с нулевым выводом;
- трехфазная мостовая схема.
По способу коммутации.
Разновидность инверторов по способу коммутации вентилями известна следующая:
- инверторы с индивидуальной коммутацией. Каждый вентиль управляется от системы управления. Вентили используют с двусторонним управлением (мощные транзисторы, управляемые запираемые током управления тиристоры);
- инверторы с фазной коммутацией. К одной фазе подключаются два вентиля. Фазное напряжение попеременно управляет тиристорами;
- инверторы с групповой коммутацией. В таких инверторах для запирания вентилей анодной и катодной группы служат разные коммутирующие устройства;
- инверторы с общей коммутацией. Обычно такой инвертор имеет коммутирующий конденсатор, который является общим для коммутации нескольких вентилей;
- инверторы с межфазной коммутацией. В инверторах каждая группа вентилей, включенная в фазное напряжение, этим же напряжением управляется.
По способу управления
Способы управления вентилями дают следующие разновидности автономных инверторов:
- инверторы с самовозбуждением сами формируют импульсы управления внутри своей схемы.
- инверторы с внешним возбуждением имеют внешний генератор, который задает требуемую форму, частоту и амплитуду управляющих импульсов.
В зависимости от протекающих в инверторе электромагнитных процессов
В зависимости от протекающих в инверторе электромагнитных процессов различают:
- инверторы тока поставляют в нагрузку ток. Форма же напряжения в нагрузке определяется характером этой нагрузке. Например, при емкостной нагрузке напряжение в ней становится пилообразным. Инверторы как правило имеют индуктивный дроссель, что делает форму тока, близкой к П-образной форме. Источник питания при этом работает в режиме идеального генератора тока.
- инверторы напряжения в нагрузке формируют форму напряжения, а форма тока зависит от характера нагрузки. Источник питания при этом работает в режиме идеального генератора напряжения. Процессы в инверторе часто требуют ставить обратный выпрямитель, через который реактивная мощность нагрузки периодически отдается в источник питания. Его отсутствие приведет к большим перенапряжениям и выводу вентилей из строя.
- резонансные инверторы имеют нагрузку индуктивного характера. Для ее компенсации вводят конденсаторную батарею. При этом в схеме могут возникать резонансные явления, которые используются для поддержания устойчивой работы инвертора. Эти инверторы способны выдавать напряжение по форме близкое к синусоиде.
1.3 Пример преобразователя с самовозбуждением на мощных транзисторах
Для питания автономных объектов используют аккумуляторы. При этом системы автоматики требуют переменное напряжение заданной формы. Эти функции может выполнять схема, представленная на рис. 12.1.
Выбрать конгруэнтные транзисторы невозможно. Потому при включении питания ток в одном из транзисторов (например, VT1) несколько возрастет. Магнитный поток в сердечнике тоже возрастет и наведет в обмотках трансформатора, подсоединенных к базам транзисторов возросшее напряжение Uос1 и Uос2. Обмотки трансформаторов в цепи базы транзистров включены так, что напряжения на обмотках Uос1 и Uос2 противофазны. Потому транзистор VT2 слегка призакроется, а VT1 приоткроется в большей степени.
Это дополнительно увеличит то Iк2 транзистора VT1. Этот процесс приводит к лавинообразному нарастанию тока открывающегося транзистора и быстрому закрытию второго транзистора. При этом магнитный сердечник быстро входит в режим насыщения, и магнитное поле перестает нарастать. Но постоянный магнитный поток не может индуцировать в обмотках трансформатора напряжение, и оно начнет уменьшаться.
Как только приоткроется транзистор VT2, процесс быстро повториться, но уже откроется транзистор VT2. В результате в трансформаторе на выходе появится знакопеременное напряжение (ток), которое можно использовать для питания устройств переменного тока.
На рис. 12.2. показана линейная зависимость магнитного потока в сердечнике трансформатора во время закрытия ранее работавшего транзистора VT1 и закрытия транзистора VT2.
Выходное напряжение практически является прямоугольными импульсами, частота которых зависит от свойств транзисторов, магнитного сердечника и числа витков в трансформаторе.
1.4 Разновидности транзисторных преобразователей
Рассмотренная схема двухтактного преобразователя является экономичной, дает большую выходную мощность. Существуют еще две разновидности схем:
- одно-транзисторная (вибратор) схема дает малую выходную мощность (1…2 Вт) и малый к.п.д;
- мостовой преобразователь состоит из 4-х транзисторов, но имеет самые высокие технические показатели;
Все преобразователи не отличаются высокой стабильностью, потому приходится применять дополнительные меры:
- стабилизировать напряжение питания преобразователя;
- стабилизировать напряжение, насыщающее магнитный сердечник трансформатора;
- в преобразователь добавляют резонансный контур, который поддерживает частоту колебаний преобразователя в заданных пределах;
- вводят генератор синхроимпульсов, который заставляет преобразователь работать строго в соответствии с внешними синхроимпульсами.
2. Основные коммутационные узлы АИ для мощных тиристоров
На рисунке показаны основные коммутационные узлы.
При открытом тиристоре VS2 конденсатор заряжается от источника питания практически до его напряжения. Если открыть тиристор VS1, то конденсатор начет разряжаться через открытые тиристоры. Как видно по рис. 12.3 ток в тиристоре VS2 будет встречным. Если выбрать конденсатор большой величины, то можно обеспечить встречный ток во времени большим, чем нужно для закрытия вентиля. Это приведет к переходу вентиля VS2 в нейтральное (закрытое) состояние.
На рис. 12.4 показана схема, в которой тиристор закрывается встречным напряжением. В ней VS1 является рабочим вентилем, VS3 это вентиль коммутации. В исходном состоянии конденсатор через вентиль VS3 заряжается до напряжения источника питания. При включении основного вентиля VS1 ток ограничивается только сопротивлением индуктивности L2. Если не принять вовремя попытку закрыть вентиль, то в цепи установится постоянный ток. Но индуктивность на постоянном токе имеет сопротивление очень малое. Это приведет к росту тока вентиля и может вывести его из строя. По этой причине нужно не опоздать включить тиристор VS2. При этом конденсатор начнет разряжаться через индуктивность L2. В индуктивности возникает противо ЭДС, которая является встречным напряжением относительно напряжения источника питания. Это закрывает тиристор VS1. При этом тиристор VS3 должен быть закрытым, иначе через него и тиристор VS2 потечет сверхбольшой ток. Этого режима не будет, если выбрать скорости коммутации основного вентиля меньше скорости зарядки конденсатора С. Тогда при открытии вентиля VS3 по мере зарядки конденсатора ток в нем станем уменьшаться до тока отключения. Лишь после этого открывается основной вентиль, а затем вентиль коммутации.
3. Инвертор с последовательным конденсатором (резонансный АИ)
Для токов частоты 3000..10 000 Гц применяют резонансные контуры. Однополупериодный инвертор приведен на рис. 12.5.
Однополупериодный инвертор работает при последовательном включении тиристров. VS2 обеспечивает ток нагрузки в результате зарядки конденсатора С. VS1обеспечивает ток нагрузки противоположного знака в результате разрядки конденсатора через тиристор VS1. В схеме конденсатор заряжается, ток уменьшается, и тиристор VS2 закрывается. Тиристор VS1 закроется по мере уменьшения разрядного тока. Опасно открытое состояние двух тиристорв одновременно. Это не допускают с помощью системы управления.
Двухполупериодный (мостовой) инвертор работает так. Открывая тиристоры VS1 и VS4, получим ток нагрузки в результате зарядки конденсатора С. По мере зарядки конденсатора ток тиристоров уменьшается до величины, при котором они могут закрыться. Открывая тиристоры VS2 и VS3, получим ток нагрузки в результате зарядки конденсатора С. По мере зарядки конденсатора ток тиристоров уменьшается до величины, при котором они могут закрыться. При этом возможны три режима работы АИ.
Режим 1 (рис. 12.8). Время переключения тиристоров намного медленнее времени зарядки конденсатора С. При этом ток нагрузки прерывистый и тиристоры закрываются при минимальном токе самостоятельно. Форма тока это импульсы, по форме похожие на волуволны синусоиды, которые разделены относительно друг друга большими отрезками времени.
Режим 2 (рис. 12.9). Время переключения тиристоров быстрее времени зарядки конденсатора С. При этом ток нагрузки не сильно уменьшается и тиристоры самостоятельно не закрываются. При открытии второй группы тиристоров, конденсатор встречным током закрывает ранее работавшие тиристоры. При этом возникает опасность от того, что тиристоры не смогут закрыться. При этом тиристоры накоротко замыкают источник постоянного напряжения, ток достигает недопустимо больших значений и тиристоры выходят из строя. В режиме нормальном в нагрузке ток становится похожим на знакопеременный ток П-образной формы.
Режим 3 (рис. 12.10). В режиме третьем время переключения тиристоров и время зарядки конденсатора равны. Иначе, частота переключения равна частоте собственных колебаний контура АИ:
В результате ток нагрузки становится чисто синусоидальным.
Разновидностью рассмотренного инвертора является мостовая схема инвертора, представленного на рис. 12.6. В эжтой схеме попарно включаются тиристоры. Например, вначале откроем тиристоры VS1 и VS3. Зарядный ток конденсатора потечет по контуру Eo- VS1-L1- RH-C-L4- VS4-Eo. Если открыть вентили VS2 и VS3, то конденсатор получить две ципи для разрядки С- RH-C-L1- VS1- VS2- L2- С и С- RH- L3-VS3- VS4- L4- С. Токи разряда конденсатора встречным токам ранее работавших вентилей и они закрываются. инвертор ток транзисторный
Режимы работы этого инвертора такие же, как и в ранее рассмотренном инверторе.
4. Инвертор тока с параллельно включенным конденсатором переменного тока
Инвертор с параллельно включенным конденсатором показан на рис. 12.7. Здесь источник постоянного тока включается в среднюю точку обмотки трансформатора. Нагрузка перенесена в первичную обмотку трансформатора. Тиристоры включаются поочередно. Например, при включении тиристора VS1 конденсатор заряжает током до напряжения источника питания. В это же время во вторичной обмотке трансформатора протекает ток в нагрузке Rн. Включив тиристор VS2, мы получим цепь для разрядки конденсатора через открытые вентили. При этом к ранее работавшему вентилю приложится встречное напряжение конденсатора и тиристор закроется. При правильно подобранных величинах индуктивности трансформатора и величины емкости конденсатора получим в нагрузке чисто синусоидальное напряжение.
5. Инверторы на полностью управляемых вентилях
При анализе схем полагают:
вентили идеально управляемые,
внутренне сопротивление источника постоянного напряжения равно нулю;
время переключения вентилей равно нулю;
проводники имею нулевое сопротивление и нулевую индуктивность.
Схема инвертора напряжения представлена на рисунке.
Источник питания имеет конденсатор «Сo» бесконечно большой величины. По этой причине можно считать, что сопротивление выпрямителя для переменного тока при работе инвертора всегда равно нулю. Предположим, что мы от системы управления включили вентили VS1 и VS4.
Тогда ток протекает по контуру “+Uо”-VS1-Zн-VS4- “-Uo”. Напряжение на нагрузке устанавливается неизменным, хотя индуктивный характер нагрузки заставляет ток меняться по экспоненте.
В момент времени 2 тиристоры переключатся. Ток нагрузки, из-за ее индуктивного характера, продолжает протекать в прежнем направлении. Этому способствуют вентили VD1 и VD3 обратного мостового преобразователя. В результате ток продолжает протекать по контуру Zн -VD2-“+Uo”-“-Uo”-VD3- Zн. Накопленная индуктивностью нагрузки реактивная мощность возвращается в источник питания.
Как только ток нагрузки становится близким к нулю, открываем тиристоры VS2 и VS3. В этом случае ток протекает по контуру “+Uо”-VS2-Zн-VS3- “-Uo”. Напряжение мгновенно меняет свою полярность на противоположную. Ток же меняет свое направление только в момент времени3.
Далее вновь открываются вентили VS1 и VS4. Напряжение в нагрузке вновь меняет полярность, а ток нагрузки примерно в течение времени, равному 1…2 продолжает протекать в прежнем направлении по контуру Zн-VD1-“+Uo”-“-Uo”-VD4.
Действующее значение тока нагрузки можно получить, проинтегрировав его квадрат за период
Здесь обозначено:
- базисный ток, - параметр цепи нагрузки,
Максимальное значение тока находим в момент :
6. Инвертор трехфазный
Трехфазный инвертор с подключением нагрузки способом «звезда» приведен на рисунке. Это фактически трехфазный мост, в котором параллельно тиристорам подключены обратные диоды. Диоды обеспечивают, в момент смены коммутации тиристоров, непрерывность протекания тока в нагрузке так же, как это происходило в инверторе на полностью управляемых вентилях (см. п. 5). Это особенно важно, если нагрузка обладает индуктивным характером.
Для лучшего восприятия принципа работы инвертора вспомним последовательность коммутации вентилей в инверторе, ведомом сетью (рис. 11.14).
Пусть в момент времени t1 открылся тиристор VS1. При этом продолжает тиристор VS6 (на рис. тиристоры отмечены символами 1 и 6). Ток нагрузки начнет протекать по контуру + Uпит - VS1-ZА-ZВ- VS6- Uпит. Заметим, что ток протекает по нагрузке фазы А слево направо.
Ровно через половину времени работы вентиля VS1 включаем вентиль VS2. Тогда ток продолжит протекать по несколько иному контуру + Uпит - VS1-ZА-ZС- VS2- Uпит.
Через время, равное еще третьей части периода работы тиристора VS1 открываем тиристор VS3. Ток начнет протекать по контуру + Uпит - VS3-ZВ-ZС- VS2- Uпит.
Затем в катодной группе вентиль VS2 закрывается, а вентиль VS4 открывается. В этом случае ток протекает по контуру + Uпит - VS3-ZВ-ZА- VS4- Uпит. Заметим, что ток протекает по нагрузке фазы А справа налево. В результате в фазе А мы доказали, что ток нагрузки будет переменным, а его частота зависит от частоты импульсов системы управления, которая подает импульс на тиристоры инвертора.
Можем продолжить процесс рассмотрения работы тиристоров в инверторе и убедиться в том, что и в остальных нагрузках ток будет также знакопеременным. По форме напряжение напоминает П - образные импульсы. Ток в фазных нагрузках, как в однофазном инверторе на полностью управляемых вентилях (п.5), изменяется по закону, напоминающему экспоненту.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Особенности управления электродвигателями переменного тока. Описание преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока на основе автономного инвертора напряжения. Динамические характеристики САУ переменного тока, анализ устойчивости.
курсовая работа [619,4 K], добавлен 14.12.2010Рассмотрение двухзвенных преобразователей с импульсным регулированием выходного напряжения или тока как основных преобразователей для высококачественных электроприводов. Виды тока коллекторного двигателя постоянного тока, который получает питание от ИП.
презентация [366,0 K], добавлен 21.04.2019Питание двигателя при регулировании скорости изменением величины напряжения от отдельного регулируемого источника постоянного тока. Применение тиристорных преобразователей в электроприводах постоянного тока. Структурная схема тиристорного преобразователя.
курсовая работа [509,4 K], добавлен 01.02.2015Выбор оптимального варианта структурной схемы вызывного устройства, используемого в составе зарядного устройства аккумуляторов. Определение объема трансформатора и реактора. Расчет характеристик инвертора и выбор компонентов его принципиальной схемы.
контрольная работа [346,7 K], добавлен 07.07.2013Изучение механических характеристик электродвигателей постоянного тока с параллельным, независимым и последовательным возбуждением. Тормозные режимы. Электродвигатель переменного тока с фазным ротором. Изучение схем пуска двигателей, функции времени.
лабораторная работа [1,3 M], добавлен 23.10.2009Исследование основных особенностей электромагнитных процессов в цепях переменного тока. Характеристика электрических однофазных цепей синусоидального тока. Расчет сложной электрической цепи постоянного тока. Составление полной системы уравнений Кирхгофа.
реферат [122,8 K], добавлен 27.07.2013Исследование неразветвленной и разветвленной электрических цепей постоянного тока. Расчет нелинейных цепей постоянного тока. Исследование работы линии электропередачи постоянного тока. Цепь переменного тока с последовательным соединением сопротивлений.
методичка [874,1 K], добавлен 22.12.2009История высоковольтных линий электропередач. Принцип работы трансформатора - устройства для изменения величины напряжения. Основные методы преобразования больших мощностей из постоянного тока в переменный. Объединения элетрической сети переменного тока.
отчет по практике [34,0 K], добавлен 19.11.2015Рассмотрение особенностей схемы автоматизированного электропривода постоянного тока. Анализ способов построения частотных характеристик объекта регулирования. Знакомство с основными этапами расчета принципиальной схемы аналогового регулятора скорости.
курсовая работа [3,5 M], добавлен 07.11.2013Принцип действия генератора постоянного тока. Якорные обмотки и процесс возбуждения машин постоянного тока. Обмотка с "мертвой" секцией. Пример выполнения простой петлевой и волновой обмотки. Двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением.
презентация [4,9 M], добавлен 09.11.2013
