Лекция 19. Классификация инверторов

Классификация инверторов:

1) По способу запирания:

· Сетно-ведомые инверторы.

В таких инверторах запирание силовых ключей происходит в момент подачи на анод отрицательной полуволны входного напряжения.

· Автономные инверторы АИ.

В таких инверторах силовые ключи запираются либо с помощью вспомогательных коммутирующих конденсаторов, либо с помощью управляющих запирающих импульсов от БУИ.

2) По форме выходного напряжения и тока:

· Автономные инверторы напряжения АИН.

У них форма выходного напряжения не зависит от характера нагрузки, а определяется только последовательностью коммутации силовых ключей, а форма выходного тока зависит от характера нагрузки.

· Автономные инверторы тока АИТ.

У них форма выходного тока не зависит от характера нагрузки, а форма выходного напряжения зависит от характера нагрузки.

3) По элементной базе:

· Инверторы на базе тиристоров.

Область применения таких элементов определяется напряжением питающей сети. Как правило, тиристорные инверторы используют в сетях напряжением 6-10 кВ. Наиболее современными тиристорами являются MOSFET и IGCT.

· Транзисторные автономные инверторы.

В качестве силовых ключей у них используются биполярные транзисторы. Наиболее современным транзистором является IGBT, область применения которого ограничивается до 6 кВ.

4) По управляемости:

· Автономные инверторы с поочередной коммутацией.

· Автономные инверторы с индивидуальной коммутацией.

5) По виду выпрямителя:

· С управляемым выпрямителем.

· С неуправляемым выпрямителем.

Различают два вида: АИ с ШИР и АИ с ШИМ.

Рассмотрим принципиальную схему (рисунок 5.20) и работу трехфазного шеститактного АИТ. В структуре преобразователя управляемый выпрямитель.

Рисунок 5.20 – принципиальная схема трехфазного шеститактного АИТ

На схеме показано:

U_d – напряжение с выхода управляемого выпрямителя;

Т₁, Т₃, Т₅, Т₄, Т₆, Т₂ – управляемые силовые ключи (тиристоры) АИТ;

L – сглаживающий токовый фильтр;

I_d – сглаживающий постоянный ток на входе инвертора:

U, f – соответственно выходное напряжение и частота инвертора.

Силовая часть принципиальной схемы АИТ состоит из шести силовых ключей, три из которых Т₁, Т₃ и Т₅ имеют общий анод и образуют анодную группу силовых ключей. Три других Т₄, Т₆, Т₂, имеющих общий катод, образуют катодную группу силовых ключей. Отпирание силовых ключей происходит в момент подачи положительного отпирающего импульса на силовой ключ. Запирание силовых ключей происходит в момент подачи отрицательного запирающего импульса.

Схема работает следующим образом:

В любой момент времени в открытом состоянии находятся два силовых ключа: один из анодной группы, второй, накрест лежащий, из катодной группы. При этом последовательность отпирания и запирания силовых ключей соответствует их порядковому номеру. При выходной частоте f=50 Гц длительность нахождения в открытом состоянии каждого силового ключа, выраженная в радианах или градусах, составляет 120°, а промежуток между двумя последующими управляющими импульсами соответствует 60°.

Иллюстрация работы временными диаграммами представлена на рисунке 5.21.

Условимся считать направление токов в фазах от инвертора к статору положительным, от статора к инвертору – отрицательным и соответственно обозначим +I_d и -I_d.

Рисунок 5.21 – Работа трехфазного шеститактного АИТ

Диаграмма 5.21, б иллюстрирует состояние силовых ключей.

На промежутке времени 0-60° открыты силовые ключи Т₁ и Т₆. Токи в фазах:

ток фазы a i_a=+I_d

ток фазы b i_b=-I_d

ток в фазе c отсутствует, т. е. i_с=0.

На промежутке времени 60-120° подается отпирающий импульс на Т₂ и запирающий на Т₆. Открыты силовые ключи Т₁ и Т₂. Токи в фазах:

ток фазы a: i_a=+I_d

ток фазы b: i_b=0

ток фазы c: i_с=-I_d.

При 120-180° подается отпирающий импульс на Т₃ и запирающий на Т₁. Открыты силовые ключи Т₂ и Т₃. Токи в фазах:

ток фазы a: i_a=0

ток фазы b: i_b=+I_d

ток фазы c: i_с=-I_d.

На промежутке времени 180-240° подается отпирающий импульс на Т₄ и запирающий на Т₂. Открыты силовые ключи Т₃ и Т₄. Токи в фазах:

ток фазы a: i_a=-I_d

ток фазы b: i_b=+I_d

ток фазы c: i_с=0.

На промежутке времени 240-300° подается отпирающий импульс на Т₅ и запирающий на Т₃. Открыты силовые ключи Т₄ и Т₅. Токи в фазах:

ток фазы a: i_a=-I_d

ток фазы b: i_b=0

ток фазы c: i_с=+I_d

На промежутке времени 300-360° подается отпирающий импульс на Т₆ и запирающий на Т₄. Открыты силовые ключи Т₅ и Т₆. Токи в фазах:

ток фазы a: i_a=0

ток фазы b: i_b=-I_d.

ток фазы c: i_с=+I_d.

Выводы:

1) Для того чтобы увеличить выходную частоту (f >50 Гц) необходимо уменьшить длительности открытого состояния силовых ключей. С этой целью отпирающие и запирающие импульсы подаются с промежутком <60°.

2) Для того чтобы уменьшить выходную частоту промежуток между управляющими импульсами должен составлять >60°.

Если к выходу автономного инвертора подключить статорную обмотку АД, то при различных выходных частотах и напряжениях инвертора семейство механических характеристик АД будет иметь вид, представленный на рисунке 5.22.

Рисунок 5.22 – Семейство механических характеристик АД при различных выходных частотах и напряжениях инвертора

Основным недостатком рассмотренного частотного преобразователя является наличие в структуре преобразователя управляемого выпрямителя, который, во-первых, влияет на фазовое соотношение между напряжением и током в питающей сети, а, во-вторых, генерирует в сеть высшие гармоники.

Второй недостаток заключается в том, что формы выходного напряжения и тока преобразователя далеки от синусоидальных, что приводит к увеличению потерь мощности в двигателе.

В определенной мере избавиться от этих недостатков позволяет использование автономных инверторов с широтно-импульсным регулятором и автономных инверторов с широтно-импульсной модуляцией.