Мостовой трёхфазный управляемый выпрямитель. Управляемые тиристорные выпрямители

Похожие главы из других работ:

Блок питания мониторов

6.1.2 Сетевой выпрямитель

Основное отличие этого выпрямителя от описанных ранее состоит в использовании автоматического переключателя входной выпрямительной цепи, выполненного на микросборке IC601 (рис.9) и элементах С610, С613, D601, С608, С609…

Интеллектуальные силовые модули. Автономные инверторы тока

2.1 Однофазный мостовой инвертор. Силовая схема и принцип работы

Однофазный мостовой инвертор тока. Автономный инвертор тока (АИТ) представляет собой преобразователь энергии постоянного тока в энергию переменного тока…

Интеллектуальные силовые модули. Автономные инверторы тока

2.2 Трехфазный мостовой инвертор тока

Трехфазный мостовой инвертор тока (рисунок 10). Такие АИТ находят применение в бесколлекторном электроприводе промышленных рабочих механизмов и машин…

Комплекс электронных стрелочных измерительных приборов

4.4 Выпрямитель

В качестве выпрямителя выбираем диоды типа КД128А, соединенные по мостовой схеме. Технические данные диодов КД128А. 1. Постоянное обратное напряжение — 50 В. 2. Постоянный или прямой ток — 160 мА…

Методы расчета источников питания различных схемных решений, с заранее заданным выходным напряжением

1. Понижающий мостовой выпрямитель

Исходные данные: Uн0 = 38 В; I0 = 415 мА; U1 = 127 В; f=50 Гц; Kп.вых = 0,1%…

Прибор КСМ3-ПИ1000

4.4 Выпрямитель Б-15.635.75.

Рис. 9. Схема электрическая принципиальная выпрямителя Б-15.635.75 Перечень элементов к схеме электрической принципиальной выпрямителя Б-15.635.75. Обозначение Наименование Кол. R1, R2 Резистор МЛТ-0.25-150 Ом +10% 2 R3, R4 Резистор МЛТ-0…

Радиотехническая аппаратура высокоточного контроля геометрической формы плотин гидроэлектростанций

2.7 Генератор управляемый напряжением

…

Расчет импульсного источника вторичного электропитания

1.3 Сетевой выпрямитель с фильтрами

На рис. 3. приведена схема сетевого выпрямителя ФВФ с фильтрующими элементами. Рис.3. Схема сетевого выпрямителя ФВФ. Мостовой выпрямитель напряжения сети выполнен на диодах . На его выходе включен емкостной фильтр…

Расчет основных параметров тиристорного выпрямителя

Описание трехфазной мостовой схемы

Схема выполнена в программе Electronics Workbench. В качестве трехфазного трансформатора были взяты три однофазных Т1, Т2 и Т3. Первичные и вторичные обмотки трансформаторов соединены по схеме звезда…

Технология структур кремния на изоляторе

3.3 Управляемый скол

Технология управляемого скола или Smart Cut™, разработанная французской компанией Soitec, объединяет в себе черты технологий ионного внедрения и сращивания пластин. В данном технологическом процессе используются две монолитные кремниевые пластины…

Трехфазный выпрямитель, работающий на активно-индуктивную нагрузку

1.1.4 Трехфазный мостовой несимметричный управляемый выпрямитель

Трехфазный мостовой управляемый выпрямитель может быть выполнен и по несимметричной схеме (три тиристора В1, В3, В5 и три диода Д4, Д6, Д2, рисунок 1.5). Несимметричная схема широко применяется в выпрямителях небольшой мощности…

Управляемые тиристорные выпрямители

Однофазный управляемый выпрямитель

Достоинства: минимальное количество, простота реализации, простота системы управления. Недостатки: низкий КПД, высокая пульсация выпрямленного напряжения…

Управляемые тиристорные выпрямители

Однофазный управляемый выпрямитель со средней точкой

Достоинства: разгрузка режима работы тиристоров, высокий КПД, низкая пульсация выпрямленного напряжения Недостатки: усложнённая система управления…

Управляемые тиристорные выпрямители

Трёхфазный управляемый выпрямитель с нулевым выводом

Достоинства: возможное создание выпрямителей большой мощности , высокий КПД, низкая пульсация выпрямленного напряжения, простота реализации. Недостатки: сложная система управления…

Уравновешивающие мосты

4.4 Выпрямитель Б-15.635.75.

Диодный мост и обмотка трансформатора со средней точкой образуют два последовательно включенных, разной полярности выпрямителя, образованных двухполупериодными схемами со средней точкой каждый…

Исследование трехфазного мостового управляемого выпрямителя — Студопедия

Цель работы

Целью работы является исследование трехфазного мостового управляемого выпрямителя при работе на активно-индуктивную нагрузку с противо-э.д.с. и с обратным диодом.

В лабораторной работе исследуются внешние, энергетические, регулировочные характеристики выпрямителя, а также рассматривается гармонический состав потребляемого преобразователем тока.

Лабораторная работа позволяет закрепить теоретические знания о принципе действия и характеристиках трехфазного мостового выпрямителя, освоить моделирование полупроводниковых преобразователей в программе Simulink.

Теоретические сведения к лабораторной работе

Одной из наиболее распространенных среди всех схем выпрямления является трехфазная мостовая схема (схема Ларионова), изображенная на рисунке 4.

Рисунок 4 – Трехфазная мостовая схема

Трехфазная мостовая схема обладает высокими энергетическими и эксплуатационными характеристиками: наилучшим коэффициентом использования трансформатора по мощности и высокой частотой пульсаций (шестипульсная) выпрямленного напряжения.

Схема трехфазного мостового выпрямителя содержит выпрямительный мост из шести вентилей, в котором последовательно соединены две трехфазные группы. В левой группе (VD1, VD3, VD5) вентили соединены катодами (катодная группа), а в правой (VD4, VD6, VD2) – анодами (анодная группа). Нагрузка подключается между точками соединения катодов и анодов вентилей. Схема допускает соединение как первичных, так и вторичных обмоток трансформатора звездой или треугольником.

Особенность работы управляемого выпрямителя заключается в задержке на угол α момента отпирания очередных тиристоров относительно точек естественного отпирания. На рисунке 5 приведены диаграммы токов и напряжений, поясняющие работу выпрямителя на активную нагрузку при α=30°, 60° и 90°.

Рисунок 5 – Диаграммы работы трехфазного управляемого выпрямителя на активную нагрузку

Как видно из диаграмм при α≤60° кривые выпрямленного тока и напряжения (U_d и i_d) непрерывны. При этом зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от угла регулирования (регулировочная характеристика) определяется выражением:

,

где .

Для активной нагрузки угол α=60° является критическим и при дальнейшем его увеличении в кривых U_d и i_d появляются паузы – работа выпрямителя в режиме прерывистых токов. Для индуктивной нагрузки критическим является угол α=90°.

На рисунке 6 приведены регулировочные характеристики трехфазного выпрямителя при работе на индуктивную (а) и активную (б) нагрузки.

Рисунок 6 – Регулировочные характеристики трехфазного управляемого выпрямителя

При рассмотрении работы управляемого трехфазного выпрямителя необходимо особое внимание уделить его энергетическим показателям. Это связано с тем, что управляемый выпрямитель отрицательно влияет на питающую сеть переменного тока. Во-первых, он потребляет из сети несинусоидальный ток. Во-вторых, он сдвигает фазу потребляемого тока относительно питающего напряжения.

Описание виртуальной лабораторной установки

Виртуальная лабораторная установка для исследования работы трехфазного управляемого выпрямителя показана на рисунке 7. Для построения модели выпрямителя необходимы следующие блоки:

· трехфазный программируемый источник синусоидального напряжения 3-Phase Programmable Voltage Source;

· блок3-Phase Series RLC Branch,моделирующий комплексное активное и реактивное сопротивление трансформатора;

· блок Universal Bridge, моделирующий мостовую схему соединения вентилей;

· блок управления трехфазным мостовым управляемым выпрямителем Synchronized 6-Pulse Generator, где угол управления α задается блоком Constant;

· последовательная RLC цепь Series RLC Branch, моделирующая нагрузку выпрямителя;

· источник постоянного тока DC Voltage Source, моделирующий противо-э.д.с в нагрузке;

· блоки Fourier измерения гармонических составляющих сигнала, где блок «Fourier Ia» измеряет гармоническую составляющую тока питания и начальную фазу этого тока; блоки «Fourier In» и «Fourier Un» измеряют среднее значение тока и напряжения на нагрузке, блок «Fourier It» измеряет гармоническую составляющую тока тиристора;

· блок «RMS It» измеряет действующее значение тока в тиристоре.

Порядок и методика выполнения лабораторной работы

1.Составить модель трехфазного мостового выпрямителя, изображенную на рисунке 7 (раздел «Описание виртуальной лабораторной установки»).

2.Во вкладке Simulation/Configuration parameters установить параметры моделирования (рисунок 1). В поле Solver выбрать метод ode23tb. В поле Max step sizeустановить значение шага моделирования, это же значение занести в поле Sample time всех блоков, которые имеют это поле.

3.Установить параметры всех блоков, составляющих модель выпрямителя.

Параметры источника питания установить согласно приложению 1: в блоке Three-Phase Programmable Voltage Sourceустановить амплитуду напряжения равную линейному напряжению вторичной обмотки трансформатора U₂ (приложение 1).

В блоке Three-Phase Series RLC Branchустановить активное сопротивление одной фазы трансформатора (r_2КТ) и индуктивность рассеяния трансформатора (L_Т), приведенные к вторичной обмотке.

Комплексное сопротивление одной фазы трансформатора:

,

где U_К – напряжение КЗ трансформатора, % (приложение 1),

S – мощность трансформатора, ВА (приложение 1).

Активное сопротивление фазы трансформатора:

,

где P_КЗ – активная мощность потерь короткого замыкания, Вт (приложение 1).

Реактивное сопротивление фазы трансформатора:

.

Индуктивность рассеяния трансформатора:

,

где f – частота питающей сети.

Параметры диода и универсального моста устанавливаются согласно приведенным выше настройкам (раздел «Краткое описание используемых блоков и первоначальная настройка параметров моделирования»).

Параметры блоков Series RLC Branch и DC Voltage Source, моделирующих соответственно нагрузку выпрямителя и противо-э.д.с в нагрузке, устанавливаются согласно приложению 2, т.к. в качестве нагрузки выступает двигатель постоянного тока.

Для получения среднего значения тока (напряжения) в настройках блока Fourier необходимо задать номер гармоники – 0.

4.Снять внешние и энергетические характеристики выпрямителя.

При снятии внешних характеристик параметры RL-нагрузки остаются без изменений, противо-э.д.с. нагрузки изменяется в диапазоне от номинального напряжения преобразователя до 0 (фиксируются 8–10 точек).

Внешние характеристики снимаются для трех значений угла управления: α=0 гр., 45 гр. и 80 гр. Результаты моделирования заносятся в таблицу 2.

Таблица 2

Необходимо сохранить графики переходных процессов одного из экспериментов в виде картинки для отчета.

Полная и активная мощность по первой гармонике, потребляемая выпрямителем из сети, рассчитывается по выражениям:

где U_1.max – амплитудное значение фазного напряжения,

, В,

I_1.max – амплитуда первой гармоники потребляемого тока, А,

φ₁ – начальная фаза потребляемого тока.

Мощность в нагрузке определяется по выражению:

,

где U_н – среднее значение напряжения на нагрузке, В,

I_н – среднее значение тока нагрузки, А

Потери в тиристоре управляемого выпрямителя рассчитываются по выражению:

,

где U_Т – падение напряжения на тиристоре, В,

I_ТО – среднее значение тока тиристора, А,

I_Т – действующее значение тока тиристора, А,

R_ON – сопротивление тиристора во включенном состоянии, Ом.

5.Снять регулировочные характеристики выпрямителя.

При снятии регулировочной характеристики угол управления α изменять в диапазоне от 0 до 120 градусов, параметры нагрузки при этом остаются постоянными. При снятии характеристики следует задать противо-э.д.с. двигателя равным нулю и активное сопротивление увеличить в 20 раз для ограничения тока нагрузки. Регулировочная характеристика снимается:

· для активно-индуктивной нагрузки с номинальными параметрами нагрузки и обратным диодом,

· для активно-индуктивной нагрузки с номинальными параметрами нагрузки без обратного диода,

· для активно-индуктивной нагрузки с большим значением индуктивности (L_Н=R_Н) без обратного диода,

· для активной нагрузки без обратного диода.

Результаты моделирования заносятся в таблицу 3.

Таблица 3

6.Получить номинальный режим работы преобразователя, подобрав значения угла управления α и противо-э.д.с., добившись при этом номинальных значений тока и напряжения на нагрузке. Сохранить графики переходных процессов в виде картинки для отчета.

7.Исследовать гармонические составляющие тока потребляемого выпрямителем при номинальном режиме и режиме работы на большую индуктивность (L_Н=R_Н).

Для просмотра гармонического спектра кривой потребляемого тока необходимо вызвать окно блока «powergui», дважды щелкнув на нем левой кнопкой мыши. Затем необходимо выбрать раздел FFT Analysis. Окно настройки вывода амплитудного спектра тока показано на рисунке 8.

Рисунок 8 – Раздел FFT Analysis блока “powergui”: данные гармонического анализа кривой потребляемого тока

Содержание отчета

Отчет по лабораторной работе должен включать:

5. Цель работы;

6. Схема виртуальной лабораторной установки.

7. Расчеты параметров источника питания согласно пункту 3 методики выполнения лабораторной работы.

8. Таблицы с результатами моделирования и вычислений (пункт 4 методики выполнения лабораторной работы).

9. Внешние U_Н = f(I_Н) и энергетические I₁(1)_max = f(I_Н), S₁(1), P₁(1), P_Т = f(P_Н) характеристики выпрямителя (пункт 4 методики выполнения лабораторной работы).

10. Формы кривых токов и напряжений (блок Scope), снимаемых в одном из опытов пункта 4 методики выполнения лабораторной работы с указанием номера эксперимента.

11. Таблицы с результатами моделирования (пункт 5 методики выполнения лабораторной работы).

12. Регулировочные характеристики выпрямителя.

13. Формы кривых токов и напряжений при номинальном режиме работы преобразователя.

14. Гармонический состав тока потребления.

15. Выводы по работе.

Лабораторная работа №3

Трехфазный управляемый выпрямитель

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания постоянным током, для питания электроприводов постоянного тока, в силовых выпрямительных установках, питающихся от источников электрической энергии ограниченной мощности. В трехфазном управляемом выпрямителе, состоящем из блока силовых вентилей, собранных по трехфазной мостовой схеме, входного и выходного фильтра, датчика выпрямленного напряжения и системы управления, содержащей в своем составе устройство согласования, в блоке силовых вентилей в качестве ключей используются полностью управляемые вентили (транзисторы), а в систему управления входят генератор пилообразного напряжения, формирователь импульсов управления, циклический регистр сдвига, устройство сравнения фазных напряжений и схема выбора включаемых вентилей. Причем выход генератора пилообразного напряжения подключен к первому входному выводу формирователя импульсов управления, ко второму входному выводу которого подключен выход датчика выпрямленного напряжения. Выходной вывод формирователя импульсов управления подключен к входному выводу циклического регистра сдвига, имеющего три выходных вывода, которыми он подключен к трем из шести входных выводов схемы выбора включаемых вентилей. К остальным трем входным выводам схемы выбора включаемых вентилей подключены выходные выводы устройства сравнения фазных напряжений. Тремя своими входными выводами устройство сравнения фазных напряжений подключено к фазным напряжениям питающей сети. Шесть выходных выводов схемы выбора включаемых вентилей через устройство согласования соединено с управляющими выводами силовых вентилей блока силовых вентилей. Техническим результатом является обеспечение коэффициента мощности трехфазного управляемого выпрямителя, равного единице, и уменьшение массы и габаритов трехфазного управляемого выпрямителя. 3 ил.

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания постоянным током, для питания электроприводов постоянного тока, в силовых выпрямительных установках, питающихся от источников электрической энергии ограниченной мощности.

Известен трехфазный мостовой неуправляемый выпрямитель [Руденко B.C., Сенько В.И., Чиженко И.М. Основы преобразовательной техники. Учебник для вузов. — M.: Высш. школа, 1980, 424 с.]. Основными составными элементами выпрямителя являются понижающий трансформатор и блок силовых вентилей. Понижающий трансформатор предназначен для согласования высокого питающего напряжения и низкого напряжения на выходе выпрямителя. Вентили выполняют преобразование рода тока.

Основными недостатками такого выпрямителя являются большие масса и габариты из-за использования согласующего трансформатора, низкое качество выпрямленного напряжения, выражающееся в высоком уровне пульсаций выпрямленного напряжения и отсутствии его регулирования и стабилизации, а также малое значение коэффициента мощности, обусловленное высоким содержанием высших гармоник в спектре тока, потребляемого из питающей сети. Последние недостатки определяют низкий уровень электромагнитной совместимости указанного выпрямителя с питающей сетью и с нагрузкой.

Наиболее близким из известных является трехфазный мостовой управляемый выпрямитель [Руденко B.C., Сенько В.И., Чиженко И.М. Основы преобразовательной техники. Учебник для вузов. — M.: Высш. школа, 1980, 424 с.]. Основными составными элементами выпрямителя являются понижающий трансформатор, блок силовых вентилей, собранных по трехфазной мостовой схеме, входной и выходной фильтры, датчик выпрямленного напряжения и система управления. В состав системы управления входят: ноль-орган, фазосдвигающее устройство, распределитель импульсов и устройство согласования, обеспечивающее согласование системы управления с силовой частью.

В качестве вентилей в трехфазном мостовом управляемом выпрямителе используются силовые низкочастотные не полностью управляемые вентили-тиристоры. Как известно, не полностью управляемые вентили позволяют управлять только моментом их включения (открытия), а запирание вентилей происходит независимо от системы управления при возникновении условий запирания. Следовательно, применение не полностью управляемых вентилей не позволяет гибко управлять трехфазным мостовым управляемым выпрямителем и произвольно (эффективно) формировать ток, потребляемый из питающей сети, и выпрямленное напряжение.

По условиям работы трехфазный мостовой управляемый выпрямитель потребляет из питающей сети ток, форма которого отличается от синусоидальной, т.е. в спектре потребляемого тока содержатся высшие гармонические составляющие. Кроме того, первая гармоника тока отстает по фазе от первой гармоники питающего напряжения (ϕ₁≠0). Причем чем больше угол управления, тем больше искажение формы тока (больше высших гармоник в спектре тока), потребляемого из питающей сети, и тем больше фазовый сдвиг между первыми гармониками тока и напряжения.

В результате коэффициент мощности трехфазного мостового управляемого выпрямителя, вычисленный по формуле

где λ — коэффициент мощности;

Р, S — активная и полная мощности, потребляемые выпрямителем;

U₁, I₁ и cosϕ₁ — первые гармоники тока и напряжения, а также угол фазового сдвига между ними;

U, I — действующие значения полного напряжения и полного тока выпрямителя, содержащие в своем составе как первые, так и высшие гармоники;

γ_U, γ_i — коэффициенты искажения напряжения и тока соответственно, если высшие гармоники отсутствуют, то коэффициенты искажения равны единице,

будет примерно равен 0,8 при угле управления, равном нулю, и уменьшается до 0,5 при углах управления, равных 60-70 электрическим градусам. Для обеспечения устойчивой стабилизации выпрямленного напряжения трехфазные мостовые управляемые выпрямители работают на углах управления больших, чем 50 электрических градусов. Поэтому значение коэффициента мощности трехфазных мостовых управляемых выпрямителей значительно меньше единицы.

Кроме того, выпрямленное напряжение трехфазного мостового управляемого выпрямителя, выполненного на не полностью управляемых вентилях, содержит в своем спектре низкочастотные гармонические составляющие (от 300 Гц и выше). Причем глубина пульсаций выпрямленного напряжения, а следовательно, амплитудные значения высших гармонических составляющих, зависят от угла управления выпрямителя. Чем больше угол управления, тем больше глубина пульсаций.

Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения на выходе трехфазных управляемых и неуправляемых выпрямителей устанавливают сглаживающие фильтры [Руденко B.C. и др. Основы преобразовательной техники. Учебник для вузов. — М.: Высш. школа, 1980, 424 с.], которые обеспечивают фильтрацию высших гармонических составляющих выпрямленного напряжения и тем самым обеспечивают уменьшение коэффициента пульсаций:

где К_n — коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения;

U_d — постоянная составляющая выпрямленного напряжения;

U_m ⁽ⁿ⁾ — амплитудное значение n-ной гармонической составляющей выпрямленного напряжения,

а следовательно, обеспечивают электромагнитную совместимость выпрямителя с нагрузкой.

Отличительной особенностью выходных фильтров трехфазных мостовых управляемых выпрямителей на не полностью управляемых вентилях является то, что они рассчитаны на фильтрацию низкочастотных гармонических составляющих (от 300 Гц). Это обуславливает большую массу и габариты составных элементов фильтра и выпрямителя в целом [Руденко B.C., Сенько В.И., Чиженко И.М. Основы преобразовательной техники. Учебник для вузов. — М.: Высш. школа, 1980, 424 с.].

Что касается входных фильтров трехфазных мостовых управляемых выпрямителей, то они не рассчитаны на фильтрацию низкочастотных гармонических составляющих тока, потребляемого выпрямителем из питающей сети, а применяются только для фильтрации высокочастотных гармонических составляющих, обусловленных коммутациями вентилей выпрямителя. Поэтому входной фильтр трехфазного мостового управляемого выпрямителя, во-первых, не удаляет из спектра тока, потребляемого из питающей сети, низкочастотные гармонические составляющие и, следовательно, практически не повышает значение коэффициента мощности трехфазного управляемого выпрямителя, а во-вторых, имеет небольшие массу и габариты.

Таким образом, основными недостатками трехфазного мостового управляемого выпрямителя являются большие масса и габариты, а также малое значение коэффициента мощности, особенно при больших углах управления. Последний недостаток обуславливают низкий уровень электромагнитной совместимости трехфазного мостового управляемого выпрямителя с питающей сетью.

Задачей изобретения является создание трехфазного управляемого выпрямителя, обеспечивающего высокий уровень электромагнитной совместимости с питающей сетью, а также его малые массу и габариты.

Техническим результатом является обеспечение коэффициента мощности трехфазного управляемого выпрямителя равного единице и уменьшение массы и габаритов трехфазного управляемого выпрямителя.

Технический результат достигается тем, что в трехфазном управляемом выпрямителе, состоящем из блока силовых вентилей, собранных по трехфазной мостовой схеме, входного и выходного фильтра, датчика выпрямленного напряжения и системы управления, содержащей в своем составе устройство согласования, в блоке силовых вентилей в качестве ключей устанавливаются полностью управляемые вентили (транзисторы), а в систему управления входят генератор пилообразного напряжения, формирователь импульсов управления, циклический регистр сдвига, устройство сравнения фазных напряжений и схема выбора включаемых вентилей. Причем выход генератора пилообразного напряжения подключен к первому входному выводу формирователя импульсов управления, ко второму входному выводу которого подключен выход датчика выпрямленного напряжения. Выходной вывод формирователя импульсов управления подключен к входному выводу циклического регистра сдвига, имеющего три выходных вывода, которыми он подключен к трем из шести входных выводов схемы выбора включаемых вентилей. К остальным трем входным выводам схемы выбора включаемых вентилей подключены выходные выводы устройства сравнения фазных напряжений. Тремя своими входными выводами устройство сравнения фазных напряжений подключено к фазным напряжениям питающей сети. Шесть выходных выводов схемы выбора включаемых вентилей через устройство согласования соединено с управляющими выводами силовых вентилей блока силовых вентилей.

Использование в составе трехфазного управляемого выпрямителя полностью управляемых вентилей, а также применение перечисленных элементов системы управления позволяет гибко управлять ключами на частоте, в несколько тысяч раз превышающей частоту переключений в трехфазном мостовом управляемом выпрямителе. Благодаря реализованному алгоритму работы трехфазного управляемого выпрямителя его входной ток имеет практически синусоидальную форму при угле фазового сдвига относительно первой гармоники питающего напряжения, равном нулю, а выпрямленное напряжение содержит в своем спектре только постоянную составляющую. Высокочастотные составляющие входного тока «замыкаются» на входном фильтре, а высокочастотные составляющие выпрямленного напряжения — на выходном фильтре. Так как входной и выходной фильтры рассчитаны на подавление гармонических составляющих с номерами, превышающими десять килогерц, то реактивные элементы фильтров имеют малую массу и габариты.

Указанные отличительные особенности трехфазного управляемого выпрямителя позволяют: во-первых, обеспечить коэффициент мощности выпрямителя (формула 1), равный единице; а во-вторых, уменьшить массу и габариты трехфазного управляемого выпрямителя за счет исключения из его состава силового трехфазного трансформатора, а также за счет уменьшения массы и габаритов выходного фильтра.

Таким образом, совокупность существенных признаков изобретения, изложенных в формуле изобретения, способствует достижению желаемого технического результата.

На фиг.1 представлена структурная схема трехфазного управляемого выпрямителя.

На фиг.2 и 3 приведены временные диаграммы, поясняющие его работу.

Трехфазный управляемый выпрямитель (фиг.1) состоит из входного фильтра 1, блока силовых вентилей 2, собранных по трехфазной мостовой схеме, выходного фильтра 3, системы управления 4 и датчика выпрямленного напряжения 5. К выпрямителю подключается нагрузка 6.

В состав системы управления 4 включены: устройство сравнения фазных напряжений 7, входные выводы которого соединены с фазными проводниками питающей сетью, а выходные выводы — с тремя входными выводами схемы выбора включаемых вентилей 8; устройство согласования 9, подключенное своими входными выводами к выходным выводам схемы выбора включаемых вентилей 8, а выходными выводами — к управляющим выводам силовых вентилей 10, 11, 12, 13, 14, 15 блока силовых вентилей 2; генератор пилообразного напряжения 16, подключенный к первому входному выводу формирователя импульсов управления 17, выполненного на базе компаратора, ко второму входному выводу которого подключен датчик выходного напряжения 5, и циклический регистр сдвига 18, соединенный входным выводом с формирователем импульсов управления 17, а выходными выводами — с другими тремя входными выводами схемы выбора включаемых вентилей 8.

Выпрямитель работает следующим образом.

Генератор пилообразного напряжения 16 формирует пилообразное напряжение на частоте преобразования (фиг.2, кривая 1, а). Частота преобразования определяется возможностями элементной базы выпрямителя и может составлять от единиц килогерц до сотен килогерц. Для наглядности представления принципа действия выпрямителя на временных диаграммах фиг.2 частота преобразования выбрана равной примерно 3 кГц.

Пилообразное напряжение подается на один из входов компаратора, входящего в состав формирователя импульсов управления 17. На второй вход того же компаратора подается напряжение от датчика выпрямленного напряжения 5 (фиг.2, кривая 1, b), которое пропорционально выпрямленному напряжению выпрямителя. В компараторе производится сравнение двух сигналов и на его выходе по результату сравнения формируется последовательность из логических нулей и единиц. Причем на интервалах, где пилообразное напряжение больше напряжения датчика выпрямленного напряжения, на выходе компаратора формируется сигнал логической единицы, а на остальных интервалах — формируется сигнал логического нуля. В результате на выходе формирователя импульсов управления 17 получается последовательность импульсов (фиг.2, кривая 2). Частота импульсов определяет частоту переключения вентилей, а ширина каждого импульса соответствует времени открытого состояния соответствующей пары транзисторов. Поскольку время открытого состояния транзисторов пропорционально величине выпрямленного напряжения, то, изменяя скважность импульсов, регулируется выпрямленное напряжение трехфазного управляемого выпрямителя.

Сформированная последовательность импульсов поступает на циклический регистр сдвига 18, который распределяет полученные импульсы поочередно по трем каналам. Первый канал (фиг.2, кривая 3) управляет подключением к нагрузке междуфазного напряжения U_AB, второй канал (фиг.2, кривая 4) — подключением напряжения U_BC, а третий канал (фиг.2, кривая 5) — подключением напряжения U_CA. Сигналы циклического регистра сдвига подаются на схему выбора включаемых вентилей 8.

Одновременно с сигналами от циклического регистра сдвига 18 (фиг.1) на схему выбора включаемых вентилей 8 подаются сигналы от устройства сравнения фазных напряжений 7. Эти сигналы подаются также по трем каналам (фиг.2, кривые 7-9) в виде логических нулей и единиц. Первый канал (фиг.2, кривая 7) имеет единичный потенциал, если междуфазное напряжение u_ab (фиг.2, кривые 6) положительное, и нулевой потенциал — если отрицательное. Потенциал второго канала (фиг.2, кривая 8) отражает знак междуфазного напряжения u_bc (фиг.2, кривые 6), а потенциал третьего канала (фиг.2, кривая 9) — знак междуфазного напряжения u_ca (фиг.2, кривые 6).

Схема выбора включаемых вентилей 8 (фиг.1), сопоставляя сигналы от циклического регистра сдвига 18 об очередности и времени подключения междуфазных напряжений к нагрузке с информацией от устройства сравнения 7 о полярности соответствующего напряжения, формирует сигналы управления силовыми вентилями (фиг.2, кривые 10-15). Причем кривые 10, 11, 12, 13, 14 и 15 соответствуют сигналам управления вентилями 10, 11, 12, 13, 14 и 15. Указанные сигналы передаются по шести каналам к устройству согласования 9 (фиг.1).

Устройство согласования 9 предназначено для согласования сигналов управления, вырабатываемых системой управления, с сигналами силовой схемы выпрямителя по напряжению и мощности, а также, если необходимо, для гальванической развязки силовой схемы и системы управления, т.е. на выходе устройства согласования форма сигналов останется такой же, как и на ее входе.

В конечном итоге сигналы управления 10-15 (фиг.2), воздействуя на вентили 10-15 (фиг.1) блока силовых вентилей 2, обеспечивают потребление входных токов i_a, i_b и i_c, форма которых приведена на кривых 16-18 (фиг.2). При этом на выходе блока силовых вентилей 2, формируется выпрямленное напряжение u_d, форма которого показана на диаграмме 19 (фиг.2). Токи i_a‘, i_b‘ и i_c‘ и напряжение u_d‘ соответствуют режиму работы выпрямителя без входного и выходного фильтров.

На фиг.2 приведены диаграммы выпрямителя для пониженной частоты преобразования. Для получения мгновенных значений токов и напряжений выпрямителя на реальной частоте преобразования на фиг.3 приведены временные диаграммы, аналогичные диаграммам 6, 16-19 (фиг.2), для частоты преобразования 15 кГц. Кроме того, на фиг.3 приведена система трехфазных напряжений u_a, u_b, u_c (кривая 2).

Как видно из временных диаграмм 3-5 (фиг.2), форма токов, потребляемых блоком силовых вентилей 2 (фиг.1) выпрямителя, отличается от синусоидальной (токи i_a‘, i_b‘ и i_c‘). Однако использование входного фильтра 1 (фиг.1) обеспечивает фильтрацию высокочастотных гармоник во входных цепях выпрямителя.

В результате токи, потребляемые выпрямителем из питающей сети по каждой фазе (фиг.3, кривые 3-5), становятся практически синусоидальными (i_a, i_b, i_c) и синфазными с питающими напряжениями u_a, u_в, u_c (фиг.3, кривые 2), т.е. cosϕ1=0.

Это означает, что коэффициент мощности предлагаемого выпрямителя, вычисляемый по формуле 1, будет практически равен единице. Следовательно, выпрямитель будет обеспечивать полную электромагнитную совместимость с питающей сетью.

Использование выходного фильтра обеспечивает сглаживание выпрямленного напряжения выпрямителя. В результате выпрямленное напряжение выпрямителя будет содержать только постоянную составляющую u_d, что, в свою очередь, означает, что коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения, вычисляемый по формуле 2, будет равен нулю, т.е. выпрямитель будет обеспечивать полную электромагнитную совместимость с нагрузкой.

Причем масса и габариты выходного фильтра предлагаемого выпрямителя будут существенно ниже массы и габаритов аналога. Это объясняется тем, что частота гармоник предлагаемого выпрямителя на один-два порядка превышает частоту гармонического спектра аналога. А, как известно [Руденко B.C., Сенько В.И., Чиженко И.М. Основы преобразовательной техники. Учебник для вузов. — М.: Высш. школа, 1980, 424 с.], электрические параметры и размеры реактивных элементов высокочастотного фильтра значительно ниже, чем низкочастотного фильтра. Следовательно, масса и габариты фильтра для предлагаемого выпрямителя будут значительно меньше, чем у аналога.

Поэтому уменьшение массы и габаритов предлагаемого выпрямителя по сравнению с аналогом обеспечивается не только за счет отсутствия силового согласующего трансформатора, но и за счет уменьшения массы и габаритов выходного фильтра.

Трехфазный управляемый выпрямитель, состоящий из блока силовых вентилей, собранных по трехфазной мостовой схеме, входного и выходного фильтра, датчика выпрямленного напряжения и системы управления, содержащей в своем составе устройство согласования, отличающийся тем, что в блоке силовых вентилей в качестве ключей установлены полностью управляемые вентили — транзисторы, а в систему управления входят генератор пилообразного напряжения, формирователь импульсов управления, циклический регистр сдвига, устройство сравнения фазных напряжений и схема выбора включаемых вентилей, причем выход генератора пилообразного напряжения подключен к первому входному выводу формирователя импульсов управления, ко второму входному выводу которого подключен выход датчика выпрямленного напряжения, а выходной вывод формирователя импульсов управления подключен к входному выводу циклического регистра сдвига, имеющего три выходных вывода, которыми он подключен к трем из шести входных выводов схемы выбора включаемых вентилей, к остальным трем входным выводам схемы выбора включаемых вентилей подключены выходные выводы устройства сравнения фазных напряжений, которое тремя своими входными выводами подключено к фазным проводникам питающей сети, а шесть выходных выводов схемы выбора включаемых вентилей через устройство согласования соединены с управляющими выводами силовых вентилей блока силовых вентилей.

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО МОСТОВОГО УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ — Мегаобучалка

Цель работы:

1. Изучить принципы построения и работы трехфазных управляемых выпрямителей

2. Изучить регулировочные характеристики трехфазного управляемого

выпрямителя

3. Экспериментально исследовать работу трехфазного управляемого выпрямителя на активную, активно-индуктивную и двигательную нагрузку на универсальном лабораторном стенде «Основы электропривода и

преобразовательной техники».

Краткие теоретические сведения [2].В схеме трехфазного мостового выпрямителя (рис.4.1) вентили объединены в две группы – катодную и анодную, при этом аноды и като­ды вентилей соответствующих групп соединяются попарно и подключают­ся к трехфазной вторичной обмотке трансформатора. Следует отметить, что использование вы­прямителя возможно также без сетевого трансформатора Т при прямом подсоедине­нии вентильного блока к трехфазной сети. Между общей точкой катодов и общей точкой анодов групп вентилей присоединяется нагрузка. По отношению к внешней цепи общая точка катодов является положительным полюсом, а общая точка анодов – отрицательным. В данной схеме во внекоммутационном интер­вале одновременно работают два вентиля – по одному в катодной и анодной группах. В результате цепь нагрузки в любой момент присоеди­нена к питающим фазам на линейное напряжение.

Предположим, что выпрямитель выполнен на неуправляемых вентилях. В этом случае в каждый момент времени одновременно будут вести ток два вентиля, находящиеся под наибольшим мгновенным линейным напряже­нием. В табл.4.1 приведена очередность работы вентилей с учетом подачи напряжения на вентильный блок (см. рис.4.1). Как видно из табл.4.1, естественное переключение вентилей происходит через интерва­лы, равные π/3, составляющие продолжительности такта θ, а каждый вентиль ведет ток в течение двух тактов 2θ=2π/3, коммутации нечетных и четных вентилей сдвинуты относительно друг друга на один такт и чередуются на периоде напряжения питающей сети. Схема рассматривае­мого выпрямителя является трехфазной двухтактной с шестикратной час­тотой пульсаций выходного напряжения.

Таблица 4.1. Очередность работы вентилей в трехфазном мостовом выпрямителе

Рис. 4.1 —Трехфазный мостовой управляемый выпрямитель

Работа трехфазного мостового управляемого выпрямителя на однооперационных идеальных вентилях при угле управления α=π/6 характеризуется вре­менными диаграммами (рис. 4.2):

– линейных напряжений вторичной обмотки трансформатора u_ab, u_ac, u_bc, u_ba, u_ca, u_cb и выпрямленного напряжения при α=30^о и α=0^о;

– точки k, …, p, q являются точками естественного открытия вентилей;

– точки k’, …, p’, q’ определяют моменты открытия вентилей с заданным значением угла регулирования α;

– утолщен­ные кривые u_d и u_в1 представляют мгновенные величины выпрямленного напряжения и напряжения на вентиле соответственно;

– i_у.в1, …, i_у.в6 – импульсы управления вентилями сдвоенной формы, что необ­ходимо для надежного открытия вентилей во всех установившихся и пе­реходных режимах.

i_в1 – ток вентиля VS1;

i_а – ток фазы а вторичной обмотки трансформатора.

Среднее значение выпрямленного напряжения опреде­ляется по соотношению

(4.1)

Здесь при расчете по линейным напряжениям коэффициент преобразования схемы k_сх.л=1,35, а при расче­те по фазным напряжениям k_сх.ф=2,34.

Напряжение на вен­тиле (кривая u_в1 на рис.4.2) по форме кривой совпадает с соответствующим линейным напряжением.

Среднее значение тока вентиля и действующее значение фазного то­ка вторичной обмотки трансформатора определяются на основании построенных на рис.4.2 кривых i_в1, i_а :

(4.2)

Максимальное значение обратного напряжения вентиля (см. рис. 4.2) (4.3)
Коэффициент использования вентиля по напряжению

Расчетная мощность трансформатора

где S_тр1=m₁U_1фI_1ф – расчетная мощность первичной обмотки;

S_тр2=m₂U_2фI_2ф – расчетная мощность вторичной обмотки;

Рис.4.2— Временные диаграммы, поясняющие работу трехфазного мостового управляемого выпрямителя

(4.4)

где P_d0=U_d0I_dN – номинальная мощность цепи постоянного тока выпрямителя.

Частота пульсаций выпрямленного напряжения

где k_т –коэффициент тактности выпрямителя;

m₂ –число фаз вторичной обмотки.

Для трехфазного мостового выпрямителя

(4.5)

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения основной гармоники, частота которой f_п1=6f_c, на всем рабочем диапазоне изменения угла регулирования α может быть определен по формуле

(4.6)

Отметим достоинства и недостатки трехфазной мостовой схемы выпрямления.

Достоинства

1. Хорошее использование вентилей по напряжению.

2. Хорошее использование трансформатора по мощности, простое конструктивное исполнение трансформатора.

3. Благоприятный характер внешней характеристики.

4. Шестикратная пульсация выпрямленного напряжения.

Недостатки

1. Удвоенное падение напряжения на вентилях (2ΔU_в.пр), что способствует увеличению потерь мощности, снижению КПД выпрямителя. Особенно сильно это проявляется в низковольтных сильноточных выпрямителях. Однако применение современных вентилей с малым падением напряжения в прямом направлении ΔU_в.пр=1 В в определённой мере позволяет снизить эти потери.

2. Относительно большое действующее значение тока вентиля, что способствует увеличению потерь мощности в вентилях.

Порядок выполнения работы:

1. Изучить краткие теоретические сведения о трехфазных управляемых

выпрямителях.

2. Теоретически рассчитать и построить регулировочные характеристики

для трехфазного мостового управляемого выпрямителя для заданного типа

нагрузки:

— для активной нагрузки;

— для активно-индуктивной нагрузки.

3. Исследовать работу трехфазного мостового управляемого выпрямителя на активную нагрузку.

4. Исследовать работу трехфазного мостового управляемого выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку.

5. Исследовать работу трехфазного мостового управляемого выпрямителя на двигательную нагрузку.

6. Сравнить экспериментально снятые регулировочные характеристики

по п. 3, 4, 5 с теоретически построенными по п.2 и сделать выводы.

7. Оформить отчет по лабораторной работе и сделать заключение по результатам работы.

Описание универсального лабораторного стенда [1].

Для проведения необходимых экспериментальных исследований универсальный лабораторный стенд в своем составе имеет трехфазный управляемый выпрямитель. Управляемый выпрямитель собран на тиристорах, номинальное среднее тока которых составляет 25 А.

В трехфазном режиме работы тиристоры VS1, VS3, VS5 образуют катодную группу, реализуя положительный выход мостового выпрямителя, а тиристоры VS4, VS6, VS2 – анодную группу, реализуя отрицательный выход мостового выпрямителя (см. рис.4.3).

Работа тиристоров управляемого выпрямителя в трехфазном режиме

контролируется с помощью микроконтроллера, основной задачей которого

является выдача сигналов на тиристоры.

Универсальный стенд позволяет исследовать работу трехфазного управляемого выпрямителя на активную, активно-индуктивную и двигательную (активно-индуктивную с противо -ЭДС) нагрузку.

Для проведения необходимых измерений в состав универсального стенда

входят измерительные приборы, позволяющие измерять действующие и

средние значения постоянного и переменного тока и напряжения.

Для измерения параметров цепи переменного тока, питающей УВ, дополнительно включен измерительный комплект К – 50.

Стенд также позволяет осуществить индикацию измеренных величин и

передачу данных на компьютер через интерфейс RS485.

Для более детального исследования работы трехфазного управляемого

выпрямителя необходим осциллограф (желательно с памятью).

Трехфазный мостовой управляемый выпрямитель

Трехфазный мостовой управляемый выпрямитель собранный по несимметричной несимметричной схеме (три тиристора В1, В3, В5 и три диода Д4, Д6, Д2, рисунок 1.5). Несимметричная схема широко применяется в выпрямителях небольшой мощности.

Особенностью работы схемы при активно-индуктивной нагрузке в диапазоне регулирования () является то, что при снятии сигнала управления не удается обеспечить запирание всех тиристоров. При снятии сигнала управления происходит запирание двух тиристоров, а третий остается открытым за счет ЭДС самоиндукции нагрузки и через него протекает ток нагрузки. Это приводит к снижению диапазона регулирования напряжения и ухудшению использования вентилей по току.

Для повышения эффективности в схему вводят нулевой вентиль Д0, шунтирующий нагрузку, через который разряжается индуктивность нагрузки, не препятствуя запиранию тиристоров.

Рисунок — Трехфазный мостовой несимметричный управляемый выпрямитель

Это позволяет реализовать полный диапазон регулирования выпрямленного напряжения. Если угол регулирования , нулевой вентиль Д0 все время заперт и необходимость в нем отпадает.

Инверторы напряжения и тока

Инверторомназывается устройство для преобразования постоянного тока в переменный с постоянными или регулируемыми значениями выходного напряжения и частоты. Если инвертор работает на нагрузку, не имеющую другого источника питания, он называется автономным. Автономные инверторы (АИ) применяются для питания потребителей переменным током от аккумуляторных батарей или других источников постоянного тока, для электропривода с частотным регулированием, в системах прямого преобразования энергии, например от топливных элементов, МГД-генераторов и т. п.

Основные требования к АИ: максимальный КПД преобразования, минимальные массогабаритные показатели и стоимость, возможность регулирования U_ни I_вых в достаточно широких пределах, обеспечение заданной формы выходного напряжения, отсутствие срывов работы при перегрузке и на холостом ходу и т. п.

В качестве переключательных элементов в автономных инверторах нашли применение транзисторы, обычные и двухоперационные тиристоры. Первые используются в устройствах относительно небольшой мощности, последние наиболее удобны в АИ напряжения и в регулируемых инверторах. Обычные тиристоры иногда приходится применять в совокупности со схемами принудительной коммутации.

Все АИ могут быть подразделены на ряд видов. По схеме преобразования АИ различаются по количеству фаз, схеме питания и некоторым другим параметрам,

наиболее существенно деление автономных инверторов на два типа — автономные инверторы напряжения (АИН) и АИ тока (АНТ) в зависимости от характера источника питания и его связи с АИ (кроме того, существуют и резонансные АИ, но применяются они редко).

— обзор

Сравнение основных типов машин

Приведенные выше замечания о допустимом крутящем моменте синхронной машины имеют особое значение для частотно-регулируемых приводов, где, кроме того, часто требуется быстрое реагирование на скорость. Принимая во внимание такие особенности, сравнение различных типов машин является информативным и кратко представлено на рис. 7.24. Электромагнитная способность выдерживать перегрузку по крутящему моменту определяет максимальные значения ускорения (и замедления). Уникальная особенность модели d.c. машина его перегрузочная способность; например удвоение тока якоря фактически удвоило бы крутящий момент для любого конкретного значения тока возбуждения. Это не следует для переменного тока. машины, потому что угол крутящего момента между статором и ротором м.м.с. не фиксирован, а зависит от нагрузки, и машина может выйти из шага. Таким образом, если требуется кратковременная перегрузка 2 на единицу или даже больше, как в некоторых сталелитейных и тяговых приводах, используется переменный ток. машина, возможно, должна быть снижена, чтобы соответствовать этому, т.е.е. увеличен, поэтому при полной нагрузке он недоиспользуется с точки зрения продолжительной мощности. Постоянный ток Обычно не требуется снижение номинальных характеристик машины, но при питании от преобразователя SCR коэффициент мощности сети падает как постоянный ток. напряжение снижается, поскольку для этого необходимо увеличить угол задержки зажигания. Эта проблема часто решается последовательным использованием нескольких мостовых выпрямителей.

На рисунке 7.24a выбран момент перегрузки от 2 на единицу до 1 на единицу (базовая) скорость.Это означает, что ток якоря составляет 2 на единицу в этой области постоянного крутящего момента. После достижения полного напряжения дальнейшее увеличение сверх базовой скорости требует ослабления поля, которое при постоянном токе якоря приведет к падению крутящего момента обратно пропорционально уменьшению магнитного потока. Произведение крутящего момента на скорость будет постоянным в этой области постоянной мощности. Свыше 2 на единицу скорости , ток якоря, возможно, придется уменьшить из-за ограничений коммутации и стабильности, но в некоторых промышленных приводах использовались диапазоны ослабления поля до 4/1 или более.Контроль скорости путем ослабления поля в своей простоте применения всегда был привлекательной особенностью. Тем не менее, поскольку d.c. машины несут тяжелую нагрузку по техническому обслуживанию, поскольку из-за коммутатора и щеток мощные приводы фактически были заменены переменным током. машины, для которых многие современные схемы управления возникли относительно недавно, вслед за быстрым развитием силовой электроники и микроэлектроники.

Рисунок 7.24b для индукционной машины основан на работе, проделанной в разделе 4.3 и Примеры 4.11–4.164.114.124.134.144.154.16 и предполагает перегрузочную способность, такую ​​же, как для постоянного тока. машины по 2 на единицу , хотя для нее потребуется около 3 на единицу тока, исходя из тока полной нагрузки (см. Пример 4.13). Предполагается, что частота скольжения регулируется для обеспечения постоянного потока на полюс, что, в свою очередь, происходит с постоянным отношением E / f . Ток должен поддерживаться на уровне перегрузки, необходимой для получения крутящего момента 2 на единицу крутящего момента при запуске.Что касается постоянного тока. машины, дальнейшее увеличение скорости при достижении максимального напряжения требует ослабления магнитного потока, которое происходит при уменьшении частоты при той же сохраняющейся перегрузке по току. Это область постоянной мощности. По мере увеличения частоты крутящий момент для конкретного скольжения становится меньше (уравнение (4.5)), и требуется большее скольжение для получения достаточно большого тока ротора, поэтому кривая регулирования скорости становится более крутой, как показано. С помощью векторного управления можно добиться лучшего управления углом крутящего момента во время переходных процессов, и, поскольку это может быть достигнуто с помощью более простого и дешевого двигателя с короткозамкнутым ротором, d.c. У машины есть еще одно преимущество в том, что она быстро реагирует на требуемый крутящий момент. Однако на приводах средней и малой мощности он все еще может конкурировать по цене.

Возможности синхронных машин уже обсуждались, а наличие управления полем позволяет работать с более высокими коэффициентами мощности и более низкими токами, чем асинхронные двигатели. На рисунке 7.24c показано близкое сравнение с постоянным током. машина. Тем не менее, для этих кратковременных перегрузок синхронная машина должна быть спроектирована и рассчитана на большее увеличение тока возбуждения и / или якоря, чем для d.c. машина, потому что крутящий момент на ампер ниже, как объяснялось ранее.

Обычно для силовых электронных приводов, хотя формы сигналов далеки от чистого постоянного тока. или синусоидального переменного тока, характеристики могут быть рассчитаны с разумной точностью путем усреднения гармоник и допущения, что изменение среднего (среднеквадратичного) напряжения является единственным соображением. В методах, использованных в главах 3, 4 и 5 при изменении напряжения и / или частоты, не указывался источник питания, которым сегодня обычно является силовая электронная схема.Хотя пренебрежение гармониками означает пренебрежение дополнительными потерями в машине, проблемами коммутации и наличием пульсаций крутящего момента, это обычно не приводит к значительным ошибкам в расчетах скорости / среднего крутящего момента. Рабочие примеры в этой настоящей главе следуют этой процедуре, хотя для цепи прерывателя были рассчитаны формы кривой тока, а затем вычислены значения среднего крутящего момента.

Возможно, стоит отметить, что даже при синусоидальном питании при расчетах производительности были сделаны определенные допущения.Например, во время запуска асинхронного двигателя пиковые токи и крутящие моменты могут намного превышать значения, рассчитанные из напряжения, деленного на полное сопротивление эквивалентной цепи. В главе 8 это проиллюстрировано компьютерным моделированием пусковых и синхронизирующих переходных процессов, для которых переменный ток. Машинные уравнения разработаны на основе первых принципов и объяснена организация компьютерной программы.

Бесщеточные моторные приводы

Эти моторы пытаются электронным образом копировать действие щеток и коммутатора на d.c. машина. Такое расположение гарантирует, что токи якоря-катушки меняются (коммутируются), когда катушки вращаются под влиянием одной полярности поля на противоположную полярность. Таким образом, общая сила и крутящий момент сохраняют одинаковое направление. Коммутатор и щетки в постоянном токе. машина действует как датчик положения вала. Якорь и м.д.с. поля имеют фиксированное угловое смещение δ , иногда называемое углом крутящего момента (φ _fa ), что схематично показано на рисунке 7.25а, где предполагается, что якорь намотан таким образом, что его общая м.м.д. идет в том же направлении, что и ток в щетке.

Рисунок 7.25. Бесщеточный d.c. двигатель, (а) Нормальный постоянный ток машина; (б) якорь на статоре; (c) схема управления главной цепью; (d) крутящий момент.

Для полностью бесщеточной машины, для которой поле должно быть постоянным магнитом, катушки якоря намотаны на неподвижный (внешний) элемент (рисунок 7.25b) и соединены через полупроводниковые переключатели, которые активируются из положения вала ( Рисунок 7.25c), так что их токи аналогичным образом меняются местами, чтобы соответствовать полярности полюса вращающегося поля. Таким образом, частота переключения автоматически синхронизируется со скоростью вращения вала, как в обычном постоянном токе. мотор. При δ = 90 ° крутящий момент пропорционален F _a × F _f и, при любом другом угле, предполагая синусоидальную m.m.f. распределений крутящий момент пропорционален F _a F _f sin δ .При движении ротора δ изменяется от 0 ° до 180 °; затем питание переключается, чтобы снова вернуть δ к нулю, и цикл повторяется. Таким образом, крутящий момент будет пульсировать, как однофазная выпрямленная синусоида (рис. 7.25d). Это устройство эквивалентно постоянному току. машина только с двумя сегментами коммутатора и имеет нулевое минимальное значение крутящего момента. Обычно имеется не менее трех ответвлений от трехфазной обмотки, которые в свою очередь питаются от трехфазного мостового инвертора. Это срабатывает под управлением детектора положения, так что его выходная частота автоматически регулируется скоростью вала.Пульсации крутящего момента теперь будут похожи на форму выходного сигнала трехфазного мостового выпрямителя; поскольку нулевой крутящий момент отсутствует, пусковой крутящий момент доступен всегда. Профилирование поверхности полюса магнита дополнительно улучшает плавность крутящего момента в течение полного цикла. Моменты переключения можно легко изменить, чтобы получить эффекты, аналогичные смещению оси кисти, которое иногда в умеренной степени используется на обычном постоянном токе. машины. См. Пример 3.1. Характеристика скорости / нагрузки бесщеточной машины аналогична a d.c. машина с фиксированным возбуждением, то есть скорость немного падает с увеличением крутящего момента.

Бесщеточный постоянный ток приводы обычно используются для приложений с позиционным управлением в области промышленного управления. Поскольку продолжительность цикла зависит от движения ротора, ШИМ обычно не применяется к этим приводам. Поток ротора создается постоянными магнитами на роторе, обеспечивая трапециевидную МПС. Вариант с фасонными магнитами для создания синусоидальной МПД. известен как «бесщеточный переменный ток».Бесщеточная машина обычно питается от трехфазного инвертора, и регенерация снова становится простой, если предоставляется подходящая схема силового электронного преобразователя. Хотя значительные исследовательские усилия были затрачены на повышение скорости отклика или устранение необходимости в дорогостоящих датчиках на бесщеточных датчиках постоянного тока. В большинстве промышленных контроллеров используются простые датчики вала на эффекте Холла и фиксированные углы проводимости с переменным постоянным током. напряжение связи. Коммерческие единицы часто включают в себя контроллеры PI или PID (стр.197).

Приводы с реактивным реактивным двигателем

Еще одним вариантом в семействе синхронных машин является реактивный двигатель, как описано в разделе 5.8. Импульсные реактивные двигатели изменяют напряжение питания статора в зависимости от положения ротора так же, как и в бесщеточных машинах. Характеристики аналогичны характеристикам серии постоянного тока. двигатель или шаговый двигатель (рисунок 5.5), если для срабатывания силовых электронных переключателей статора используется критерий постоянного угла. В некоторых случаях можно использовать меньше переключателей, чем в инверторе.Импульсный реактивный привод чаще всего используется в устройствах с регулируемой скоростью средней мощности. Наряду с другими бесщеточными машинами она также является конкурентом на предстоящем прибыльном рынке приводов для электрических и гибридных дорожных транспортных средств. Ранее это была провинция округа Колумбия. машина, которая в настоящее время сталкивается с проблемой асинхронных двигателей. ⁽¹³⁾

Заключение

Таким образом, основной постоянный ток Машина обеспечивает наилучшие характеристики разгона и простейшие характеристики управления, а базовая индукционная машина — самые низкие.Это отражает физическую сложность одного по отношению к другому; индукционная машина с сепаратором ротора дешевле, прочнее и практически не требует технического обслуживания. Постоянный ток Машина имеет пределы коммутации и, в случае синхронных и асинхронных двигателей с контактным кольцом, требует обслуживания щеточного оборудования. С добавлением силового электронного преобразователя (ов) и микроэлектронных контроллеров можно управлять любой машиной для обеспечения, при определенной стоимости, аналогичных характеристик. Достижения в области мощных полупроводников с быстрой коммутацией, таких как IGBT, позволили улучшить ШИМ и другие методы формирования волны для снижения гармонических потерь до низких уровней.Хотя d.c. машины остаются популярными для малых прецизионных приводов, некоторые производители прекратили производство постоянного тока. диски. Асинхронный двигатель с векторным управлением значительно увеличил свою долю на рынке и тяговые приводы, долгое время являвшиеся традиционным рынком для больших объемов постоянного тока. серийные двигатели, в настоящее время в основном поставляются с трехфазными асинхронными двигателями; асинхронный двигатель, запускающийся с низкой частотой статора, позволяет избежать перегорания коммутатора или чрезмерного номинала отдельного полупроводника, связанного с остановкой d.c. или бесщеточный постоянный ток мотор соответственно. Хотя наличие сложного микроэлектронного контроллера увеличивает стоимость, можно стандартизировать преобразователь и настроить привод для конкретной машины или набора характеристик путем ввода пользователем в программное обеспечение дополнительных контуров контроля состояния или управления без затрат на индивидуально разработанная система.

Диодный мостовой выпрямитель, трехфазный выпрямитель

C&H Technology специализируется на сильноточных диодных мостовых выпрямителях, одно- и трехфазных диодных мостовых выпрямителях.Типичные области применения этих входных выпрямительных мостов: сварка, генератор, зарядное устройство, привод двигателей переменного тока и тяга. Мостовые выпрямители в сборе с воздушным и водяным охлаждением до 20 000 ампер.

Диодный мост или мостовой выпрямитель — это система из четырех диодов в мостовой конфигурации, которая обеспечивает одинаковую полярность выходного напряжения для любой полярности входного напряжения. В наиболее распространенном применении для преобразования входного переменного тока (AC) в выход постоянного тока (DC) он известен как мостовой выпрямитель.Мостовой выпрямитель обеспечивает двухполупериодное выпрямление от двухпроводного входа переменного тока, что приводит к снижению стоимости и веса по сравнению с конструкцией трансформатора с центральным отводом.

Однофазный диодный мостовой выпрямитель

• Ток: от 1А до 50А
• Изолированное основание для прямого монтажа на радиаторе
• Клеммы: быстроразъемные, винтовые, под пайку для печатной платы
• 100% не содержит свинца и соответствует требованиям RoHS
• Сертификат UL для промышленного оборудования E78996

Трехфазный диодный мостовой выпрямитель

• Ток: от 25А до 200А
• Изолированное основание для прямого монтажа на радиаторе
• Клеммы: быстроразъемные, винтовые, под пайку для печатной платы
• 100% не содержит свинца и соответствует требованиям RoHS
• Сертификат UL для промышленного оборудования E78996

Трехфазный тиристор

• Цепи тиристорного моста и переключателя переменного тока
• Ток: от 55А до 110А
• Изолированное основание для прямого монтажа на радиаторе
• Клеммы: быстроразъемные, винтовые, под пайку для печатной платы
• 100% не содержит свинца и соответствует требованиям RoHS
• Сертификат UL для промышленного оборудования E78996

Для получения дополнительной информации о нашем опыте и решениях в области диодных мостовых выпрямителей свяжитесь с нами сегодня.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ 3-ФАЗНОГО ПОЛНОСТЬЮ УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

---

ОПЕРАЦИЯ ПО 3-ФАЗНЫЙ ПОЛНОСТЬЮ УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ

---

РАБОТА ЦЕПИ

СИНХРОНИЗИРУЮЩИЕ СИГНАЛЫ

МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

МОДЕЛИРОВАНИЕ

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

---

РАБОТА ЦЕПИ

Работа трехфазного полностью управляемого мостового выпрямителя Схема описана на этой странице.Трехфазный полностью управляемый Мостовой выпрямитель может быть построен с использованием шести тиристоров, как показано ниже.

Схема трехфазного мостового выпрямителя трехполюсная, каждая фаза подключена к одному из трех фазных напряжений. В качестве альтернативы, видно, что мостовая схема состоит из двух половин, положительная половина состоящий из SCR S ₁ , S ₃ и S ₅ и отрицательная половина состоит из SCR S ₂ , S ₄ и S ₆ .В любое время, когда есть ток, один SCR с каждой половины ведет. Если последовательность фаз источника — RYB, SCR запускаются в последовательности S ₁ , S ₂ , S ₃ , S ₄ , S ₅ , S ₆ и S ₁ и так далее.

Работа схемы сначала объясняется с помощью предположение, что диоды используются вместо тиристоров. Трехфазный напряжения меняются, как показано ниже.

Пусть трехфазные напряжения определены, как показано ниже.

Видно, что напряжение R-фазы является самое высокое из трехфазных напряжений, когда q равно в диапазоне от 30 ^o до 150 ^o . Также можно увидеть что напряжение фазы Y является самым высоким из трехфазных напряжений, когда q находится в диапазоне от 150 ^o до 270 ^o и эта B-фаза напряжение является самым высоким из трехфазных напряжений, когда q находится в диапазоне от 270 ^o до 390 ^o или ^{30 o в следующем цикле.Мы также находим, что напряжение R-фазы является самым низким из трехфазных напряжений, когда q находится в диапазоне от 210 o до 330 o . Это также может быть видно, что напряжение Y-фазы является самым низким из трехфазных напряжений, когда q находится в диапазоне от 330 o до 450 o или 90 o в следующем цикле, и эта B-фаза напряжение является самым низким, когда q находится в диапазоне с 90 o до 210 o . Если используются диоды, диод D ₁ вместо S ₁ будет проводить от 30 до до 150 o , диод D ₃ будет проводить от 150 o до 270 o и диод D ₅ от 270 o до 390 o или 30 o в следующем цикле. Таким же образом диод D ₄ будет проводить от 210 до до 330 o , диод D ₆ от 330 o до 450 o или 90 o дюймов следующий цикл, и диод D ₂ будет проводить от 90 до до 210 o . Положительная шина выходного напряжения моста подключается к самым верхним сегментам огибающей трехфазных напряжений и отрицательная шина выходного напряжения к нижним сегментам конверт.}

В любой момент, за исключением периодов переключения, когда текущий поток передается от диода к другому, только одно из следующих пары проводит в любое время.

СИНХРОНИЗИРУЮЩИЕ СИГНАЛЫ

Для изменения выходного напряжения необходимо изменять угол стрельбы. Чтобы изменить угол стрельбы, обычно используется Методика состоит в том, чтобы установить сигнал синхронизации для каждого SCR. Это Было замечено, что угол стрельбы равен нулю градусов 30 ^o градусов после перехода через нуль соответствующего фазного напряжения. Если синхронизирующий сигнал должен быть синусоидальным, он должен запаздывать. соответствующую фазу на 30 ^o , а затем схема, необходимая для Генерация пускового сигнала может быть аналогична описанной для однофазной. Вместо одной такой схемы для однофазного выпрямителя мы бы нужно три таких контура.

Когда 3-фазный источник питания подключен к выпрямителю соединен звездой, линейные напряжения и фазные напряжения имеют 30 ^o разность фазовых углов между ними, как показано ниже.

Напряжение сети также может быть получено как:

Это линейное напряжение отстает от напряжения R-фазы на 30 ^или и имеет амплитуду, которая в 1,732 раза больше амплитуды фазы Напряжение. Синхронизирующий сигнал для SCR S ₁ можно получить на основе линейного напряжения v _RB . Синхронизирующие сигналы для других тиристоров могут быть получены аналогичным образом. манера.

Для получения сигналов синхронизации три управляющих трансформатора. могут использоваться, с подключением первичных обмоток по схеме «дельта» и вторичных обмоток. звездочкой, как показано ниже.

Для S ₁ , напряжение v _S1 используется как синхронизирующий сигнал. Напряжение v _S2 используется как синхронизирующее. сигнал для SCR S ₂ и так далее. Формы сигналов, представленные сигналы синхронизации показаны ниже. Формы сигналов не отображаются влияние коэффициента трансформации, так как любое мгновенное значение было нормализовано относительно его пикового значения. Например, пусть первичная фаза напряжение будет 240 В, а его пиковое значение — 339.4 V. Первичная напряжение нормируется по отношению к 339. В. Если пиковое напряжение каждой половины вторичной обмотки составляет 10 В, вторичное напряжение нормализовано относительно 10 В.

МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Анализ этого трехфазного управляемого выпрямителя приведен в Во многом аналогично разбору схемы однофазного мостового выпрямителя. Нас интересуют выходное напряжение и ток источника. Среднее выходное напряжение, среднеквадратичное выходное напряжение, содержание пульсаций в выходном напряжении, общий среднеквадратичный линейный ток, основной среднеквадратичный ток, THD линейного тока, необходимо определить коэффициент вытеснительной мощности и полный коэффициент мощности. В этом разделе анализ проводится в предположении, что ток нагрузки постоянное значение постоянного тока.

СРЕДНЕЕ ВЫХОДНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Прежде чем получить выражение для выходного напряжения, необходимо желательно выяснить, как изменяется форма выходного напряжения в зависимости от Угол стрельбы варьируется. За один цикл источника напряжения шесть пар проводим, каждая пара по 60 ^o . Это означает, что период для формы выходного сигнала составляет одну шестую периода линейного напряжения.В Форма выходного сигнала повторяется шесть раз за один цикл входного напряжения. Форму выходного напряжения можно определить, рассматривая одну пару. Видно, что при v _R (q) = E * Sin (q), SCR S1 и S6 проводят, когда q варьируется от 30 ^o + a до 90 ^o + a, где a — угол стрельбы. потом

Форма выходного сигнала может быть нанесена на график для различных запусков углы. Приведенный ниже апплет принимает в качестве входных данных угол открытия и отображает вывод.Пик между строками напряжение обозначено как ‘U’, и апплет запускается с момента, когда SCR запускается и отображает форму выходного сигнала для одного периода входного цикла.

Рассчитано среднее выходное напряжение мостовой схемы. следующим образом, с заменой переменной, где q = а + 60 ^o .

В приведенном выше выражении U — пиковое линейное напряжение, тогда как E — амплитуда фазного напряжения трехфазного источника питания.

RMS ВЫХОДНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Действующее значение выходного напряжения рассчитывается следующим образом:

Тогда коэффициент пульсации выходного напряжения равен:

Аплет ниже отображает среднее выходное напряжение, среднеквадратичное выходное напряжение и коэффициент пульсации для случая непрерывного проводимость через нагрузку.

Видно, что среднее выходное напряжение отрицательное. при угле стрельбы более 90 ^o .Это означает, что поток энергии находится со стороны постоянного тока к источнику переменного тока. Когда сохраняется угол стрельбы в районе 0 ^o o , Считается, что эта схема работает в выпрямительной области . При сохранении угла стрельбы в районе 90 ^o o , считается, что этот контур работает в область инвертора . Когда схема работает в В области выпрямителя чистый поток мощности идет от источника переменного тока к источнику постоянного тока. ссылка на сайт.В области инвертора поток чистой мощности обратный направление. Для работы в области инвертора необходимо иметь источник постоянного тока, присутствующий в звене постоянного тока, который может обеспечить питание который возвращается к источнику переменного тока.

СКЗ ЛИНИЙ ТОК

Среднеквадратичный линейный ток относительно легко определить, если постоянный ток не имеет пульсаций и устойчив. Ток нагрузки без пульсаций если индуктивность в звене постоянного тока относительно велика.Поддерживать ток нагрузки при любом угле открытия, необходимо, чтобы звено постоянного тока содержат источник напряжения. Учитывая, что сопротивление цепи нагрузки равно нулю, источник напряжения должен равняться среднему выходному напряжению мостовая схема. Формы сигналов, показанные ниже, основаны на предположении что эти условия соблюдены. Было показано, что если v _R (q) = E * Sin (q), SCR S ₁ проводит, когда q изменяется от а + 30 ^o к а + 90 ^o и что SCR S ₄ проводит, когда q варьируется от + 210 ^o до a + 270 ^o .Если задана амплитуда постоянного тока нагрузки чтобы равняться единице, тогда форма волны линейного тока будет прямоугольной пульс, остающийся на + 1 от + 30 ^o до + 150 ^o , при — 1 от a + 210 ^o до + 330 ^o , и ноль в другом месте. Амплитуда основной гармоники линейного тока тогда 3,464 / p (что составляет около 0,78), а амплитуда других нечетных гармоник составляет 3,464 / np, где n — нечетный номер гармоники.Когда постоянный ток нагрузки стабильный и имеет величину, равную единице, среднеквадратичный линейный ток получается, как показано в уравнении (5). Среднеквадратичное значение основной гармоники получается как показано в уравнении (6). Уравнение (6) основано на том, как тригонометрические Коэффициенты Фурье определены для сигналов с четвертьволновой симметрией. Когда линейный ток прямоугольный и симметричный, фазный ток такой же, как и линейный ток, и основной компонент фазного тока отстает от фазного напряжения на угол, равный пусковому угол.Следовательно, коэффициент вытеснительной мощности выражается, как показано по уравнению (7). Поскольку линейный ток не синусоидальный, кажущийся коэффициент мощности, обычно называемый коэффициент мощности в большинстве текстов меньше DPF и представлен по уравнению (8). Поскольку линейный ток не является синусоидальным, искажение компонент в линейном токе должен быть вычислен. Этот компонент, называется THD (полное гармоническое искажение), рассчитывается, как показано на уравнение (9).

МОДЕЛИРОВАНИЕ

Аплет, показанный ниже, моделирует схему в форма анимации. Единственный настраиваемый параметр — это угол открытия. и программа может выполняться как в однократном, так и в пошаговом режиме. Вы можете нажать кнопку Pause , чтобы приостановить и просмотреть экран.

MATHCAD МОДЕЛИРОВАНИЕ

На следующей странице описана работа этого выпрямителя. схема только с резистивной нагрузкой и источником постоянного тока в звене постоянного тока.

В начало страницы

Трехфазная полууправляемая мостовая схема | Общие характеристики