Принципы построения и управления. Автономные инверторы в системах электропривода переменного тока

Автономные инверторы в системах электропривода переменного тока

Принципы построения и управления

В современных системах электропривода переменного тока практически повсеместно в качестве силовых регуляторов используются транзисторные автономные инверторы. Оконечный каскад трехфазного автономного инвертора содержит шесть транзисторов с обратными диодами. Основные принципы построения, управления и защиты таких схем были изложены выше Для управления трёхфазными машинами переменного тока в
электроприводе используется схема автономного инвертора (АИН), содержащая шесть транзисторных ключей ТК1-ТК6 Статорные обмотки машины при питании от такого инвертора включаются либо по схеме «звезда», либо по схеме «треугольник». Как в первом, так и во втором случае переключение транзисторных ключей любой фазы инвертора (например, ТК1, ТК4) вызывает изменение напряжения на всех обмотках двигателя. Это обстоятельство сильно усложняет анализ электромагнитных процессов.

Выходной каскад АИН

В настоящее время известно большое число различных способов управления силовыми ключами инвертора. Для сравнительной оценки различных схем и способов управления инвертором целесообразно разделить их на ряд групп, положив в основу деления структуру силовой цепи инвертора и регулируемые параметры результирующего пространственного вектора напряжения и тока на выходе инвертора (табл. 3.2). В зависимости от структуры силовой цепи все инверторы подразделяются на два класса: инверторы с
постоянной структурой силовой цепи и с переменной структурой силовой цепи.

 

В схемах первого класса управляющие сигналы подаются всегда на три силовых ключа, что обуславливает неизменность структуры силовой цепи. В схемах второго класса число ключей, на которые подаются управляющие сигналы, может быть меньше трёх.

. Алгоритм управления АИН с

Простейшим способом управления транзисторными ключами ТК1-ТК6 инвертора, обеспечивающим неизменность структуры силовой цепи, является способ с Здесь в течение 1/6 периода выходного напряжения (в течение периода повторяемости Тпвт) включены три транзисторных ключа. Последовательность управления ключами следующая: 123, 234, 345, 456, 561, 612.

Простейшими способами управления транзисторными ключами, при которых изменяется структура силовой цепи инвертора, являются способы с и

Последовательность управления транзисторными ключами при следующая: 12, 23, 34, 45, 56, 61.

При транзисторные ключи переключаются в такой последовательности: 12, 123, 23, 234, 34, 345, 45, 456, 56, 561, 61, 612.

Общим недостатком этих способов является необходимость применения управляемого выпрямителя для изменения напряжения на выходе инвертора. Рассмотрение сложных способов управления удобно осуществить, пользуясь понятием результирующего, (пространственного) вектора [11]. Пространственные векторы напряжения и тока на выходе инвертора определяются уравнениями: где

Например, при управлении с и соединении обмоток машины переменного тока (МПТ) звездой вектор напряжения равен где / — номер интервала (целые числа 1,2, 3,); — напряжение питания инвертора.

Из уравнения (3.9) видно, что пространственный вектор cтаторного напряжения постоянен на интервале и скачкообразно изменяет фазу при переключении с интервала на интервал. При управлении
с на периоде выходного напряжения АИН укладываются шесть периодов повторяемости ТПВТ, каждому из которых соответствует определённое сочетание включённых полупроводниковых
приборов инвертора и положение пространственного вектора

На рис. представлены изображающие векторы и для общего случая индуктивно-активной нагрузки. Номера в квадратных скобках соответствуют тем транзисторным ключам, на которые поданы отпирающие сигналы. При этом каждому сочетанию соответствуют определённые положения вектора , помеченные циф-
рами 1-6.

Годограф вектора тока при этом представляет собой кривую
а-б-в-г-д-е. В круглых скобках помечены транзисторные ключи
инвертора, которые проводят ток. Так, при включении ТК6, ТК1,
ТК2 вектор займёт положение 1, а вектор начнёт перемещать-
ся из положения а в положение б. До пересечения годографа векто-
ра с прямой, отстающей на от вектора , т. е. до точкиток проводят ключи ТКб, ТК1 и обратный диод D2 (этот диод входит в состав транзисторного ключа ТК2; аналогично все остальные
диоды являются составной частью соответствующих транзистор-
ных ключей), а в момент, соответствующий точке а1, ток в фазной
обмотке двигателя С изменяет направление, диод D2 запирается и
проводящими становятся ключи ТК6, ТК1, ТК2. Длительность от-
меченных двух состояний силовой цени инвертора зависит от по-
стоянной времени нагрузки , при увеличении которой
увеличивается длительность состояния (6, 1, D2); при определён-
ном значении на этом интервале ТК2 не включается.

В целях более подробной классификации схем используем сле-
дующие величины:

— модуль результирующего вектора

— средний модуль результирующего вектора

где — относительная длительность состояния, при котором

обмотки машины переменного тока присоединены к источнику;

— относительная длительность состояния, при кото-
рой обмотки закорочены через анодные или катодные транзис-
торные ключи;

Т0 — период напряжения несущей частоты на выходе инверто-
ра. В частном случае, при регулировании на основной частоте
период равен периоду повторяемости.

3 — фаза результирующего вектора

где l=1,2, 3, (3.10)

4 — средняя фаза результирующего вектора

(3.11)

 

Понятие «средняя фаза» требует дополнительного разъяснения.

Изменение средней фазы результирующего вектора достигается
за счёт многократных переключений двух ключей одной фазы, на-
пример ТКЗ, ТК6, в течение периода повторяемости Т_ПВТ. При этом
результирующий вектор напряжения перемещается между двумя
соседними фиксированными положениями. Из этих двух фиксиро-
ванных положений вектора , отстоящих друг от друга на рад,

путём его многократных перемещений из одного положения в дру-
гое и обратно на основе принципа геометрического суммирования
может быть получено любое промежуточное положение за счёт
изменения времени нахождения вектора в одном и в другом поло-
жении. Фазовый сдвиг между промежуточным и исходным положе-
нием вектора представляет собой среднюю фазу.

С точки зрения поведения результирующего вектора все спо-
собы управления инвертором можно разделить на четыре группы
(см. табл. 3.2):

1 — регулирование модуля результирующего вектора; к этой
группе относятся АИН с регулированием напряжения на входе и
тремя рассмотренными способами управления = 120°, 150°,
180°);

2 — регулирование среднего модуля результирующего вектора;
к этой группе относятся схемы с широтно-импульсным регулирова-
нием выходного напряжения на основной и несущей частоте

3 --регулирование модуля и средней фазы результирующего
вектора; к этой группе относятся схемы с регулированием напряже-
ния на входе инвертора и специальным управлением, улучшающим
гармонический состав выходного напряжения;

4 — регулирование среднего модуля и средней фазы результиру-
ющего вектора; по существу, это схемы с широтно-импульсной
модуляцией по синусоидальному, треугольному и другим законам,
позволяющим улучшить гармонический состав выходного напряжения.

 

Рис. 3.38. Управление АИН при ШИР на основной частоте