Ucz Uci Ugo б)

Рнс. 9.12. Инвертор на двух трехфазных ячейках с суммированием напряжений выходных трансформаторов (система сзнгзаг>)

форма линейного напряжения на их выходе имеет нулевую паузу 60 эл. град, а форма как фазного, так и линейного напряжения, получаемого в результате указанного суммирования, будет трехступенчатой с кг=\о,2% и высшими гармониками с номером 12/С±1, где/С= 1,2,3... и т. д.

Если форма напряжения на выходе инверторных ячеек прямоугольная (при выполнении их по схемам, изображенным на рис. 9.1), то при рассмотренном суммировании только линейное напряжение имеет указанную трехступенчатую форму (рис. 9.12,г).

Для получения фазного напряжения того же качества и получения фиксированного нуля в трансформаторы ТрАи ТрВ\, TpCi

вводят дополнительные обмотки Wy с числом витков, в 3 раза меньшим числа витков вторичной обмотки, соединяют их согласно-последовательно и вводят в цепь нулевого вывода. Суммарное напряжение этих обмоток вычитается из напряжений f/ , г, Uar и в результате формируются фазные напряжения Оло^ во, Uco необходимой трехступенчатой формы.

По такому же принципу могут быть построены инверторы на 9 однофазных (трех трехфазных) ячейках или 12 однофазных (четырех трехфазных) ячейках, причем число обмоток и значения их коэффициентов трансформации (числа витков) выбираются также по табл. 8.1, а соединение обмоток осуществляется по принципу суммирования векторов с взаимным сдвигом на угол л/Л^я, где AV-число однофазных ячеек (рис. 9.12, в). ЛинеГ1Ные и фазные напряжения при этом имеют соответственно четырех- и шестисту-пенчатую форму с номерами гармоник 18/С±1 и 24/С±1. Выходные трансформаторы первой трехфазной инверторной ячейки ИЯг имеют одну вторичную обмотку, если не считать дополнительной обмотки wy, которая занимает ничтожно малый объем, как было показано выше [см. (9.15)], а выходные трансформаторы всех остальных ячеек имеют по две обмотки.

Как полная, так и активная мощность нагрузки распределена по всем фазам и ячейкам данного инвертора равно.мерно независимо от созфн- Это подтверждается векторными диаграммами типа показанной на рис. 9.12, в, из которой видно, что вектор напряжения обмотки первой ячейки Uai совпадает по фазе с вектором фазного напряжения Uao, а векторы Ua2 и -Ub2 сдвинуты относительно Uao на равные углы, причем один из них положительный, а другой отрицательный. Поскольку обмотки, к которым приложены напряжения Ua2 и -Ub2, расположены на одном трансформаторе, приведенная к первичной стороне мощность имеет созф, равный cos фн, а активная составляющая мощности равна активной составляющей мощности ячеек инвертора (проекция векторов 1а2 и - [/в2 на Uao равна вектору Uai).

Суммарная расчетная мощность (по первой гармонике) трансформаторов ТрАи TpBi, TpCi равна половине мощности нагрузки, а трансформаторов ТрА2, ТрВ2, TpCi увеличена за счет векторного суммирования на вторичной стороне в 1,08 раза, т. е. для инвертора в целом увеличение расчетной мощности трансформаторов составляет 4 % по сравнению с мощностью нагрузки.

Все транзисторы и диоды нагружены одинаково. Расчет токов и потерь мощности в элементах инверторных ячеек производится по методам, изложенным в гл. 3 и в § 9.2 для трехфазных ячеек, причем коэффициент мощности принимается равным С05фн.

Переменная составляющая потребляемого тока, проходящая через входной конденсатор, при увеличении числа ячеек соответственно увеличивается по частоте и уменьшается по действующему значению.

По аналогии с (9.7) для инвертора на двух трехфазных ячейках (рис. 9.12) получаем

* I базис

7Я/12 7Я/Г2

Т/ А * sin (о)/ - Фн) d ((оО - [- f sin (со/ - фн) d {int) 5.П/Г2 5Я/Г2

144 sin* л/12\

(0,5 -h -Ь^ cos 2фи) - cos2 Фн. (9.17)

По (9.17) на рис. 9.5, г построена кривая 4, показывающая, что при двух мостовых трехфазных ячейках ток входного конденсатора меньше, чем при одной ячейке, в 4 раза при cos фн=1 и в 2 раза при со5фн = 0. Для инвертора на рис. 9.12 по аналогии с (9.9) критическое значение коэффициента мощности

cos фнр = sin л (0,б8у - 0,18), (9.18)

а значение cos ф„, выше которого потребляемый ток не изменяет знак, равно 0,26.

Инверторы с суммированием одинаковых по частоте, но разных по длительности напряже-н и й могут быть выполнены путем синтезирования формы фазного напряжения, не содержащего 5-й и 7-й высших гармоник (см. рис. 8.9). При этом основные и дополнительные напряжения формируются на выходе одних и тех же трехфазных инверторных ячеек.

На рис. 9.13 показаны варианты схем, изображенных на рис. 9.12, а, из двух трехфазных мостов транзисторов (шести полумостов), управляемых со взаимным сдвигом 30 эл. град.

К первому мосту относятся транзисторы Тх-Гб, а ко второму Tl-Г12, причем в каждом мосту фаза сигналов управления одного полумоста (Г;-Гг) сдвинута относительно другого (Гз-Г4) на 120 эл.град (см. алгоритм коммутации транзисторов вверху на рис. 9.14, а).

Инвертор содержит три основных однофазных (или один трехфазный) трансформатора с первичными обмотками ivxa, oib, ic. вторичными обмотками Шгл, ссгв, а^гс и обмотками нулевой цепи Ws и три дополнительных однофазных (или один трехфазный) трансфор.матора с первичными обмотками Wxa, Wxt, Wxc и вторичными обмоткам и и^га, 2Ь, 2с-

Суммирование напряжений основного и дополнительного трансформаторов в каждой фазе может производиться как по вторичной, так и по первичной цепи основного трансформатора.

Расчетная мощность основного трансформатора минимальна при алгебраическом суммировании по его первичной цепи, если необходимо получить разность основного и дополнительного напряжений, и по его вторичной цепи, если необходимо получить сумму

2 Jc- zL-yV LJ

Щ 1& €>! IS- -i)!

О -о

О' шгс ti/a, ti/?u -о 6)

Рис. 9.13. Схемы ипиерторои с трансформаторным выходом н суммиронаиием основного напряжения длительностью 150 чл, град и дополнительных напряжений длительностью 30 эл. град

\zzzzzz.

Tw Ту, Til

U > U р м

t и,

t во

t и,

Рнс. 9 14. Диаграммы напряжений в инверторах на рис. 9.13 н 9.15

ЭТИХ напряжений. Кроме этого фактора, на выбор цепи суммирования может влиять уровень напряжения и тока цепи. При высоком напряжении усложняется конструкция из-за введения изоля-

торов каждого вывода, а при больших токах усложняется конструкция зажимных соединений между обмотками. Следует также учесть, что при суммировании по первичной цепи возможно использование варианта магнитного суммирования с помощью общей вторичной обмотки (см. рис. 8.12). Поэтому предпочтение тому или иному варианту суммирования отдается на основании анализа совокупности указанных факторов.

Для синтезирования фор.мы кривой фазного напряжения на рис. 8.9, д первичные обмотки дополнительных трансформаторов {wia, uiib, Wic) включены между вы.ходами полумостов, управляемых напряжениями с взаимным сдвигом 30 эл. град, а основных трансформаторов {w\a, Jib, oi\c) - .между выходами полумостов, управляемых напряжениями с взаимным сдвигом 150 эл. град (см. рис. 9.13, а) [9.13]. Вторичные об.мотки дополнительных трансформаторов (х'га, 12ь, 2r) включены последовательно либо со вторичными (см. рис. 9.13, а), либо с первичными (см. рис. 9.13,6) обмотками основных трансфор.маторов. Полярность включения обмоток такова, чтобы дополнительное напряжение вычиталось из основного, что показано на диаграммах Ua>j, ву (рис 9.14, а). Линейное напряжение, равное разности фазных напряжений, т.е. Uab = Uav - во, имеет вид заданной трехступенчатой формы с г=15,2% и высшими гармоника.ми с но.мера.ми 12/С±1 (рис. 9.14,а).

Если нагрузка инвертора может быть несимметричной и необходимо вывести нулевую точку и исключить третью и кратные ей гармоники в фазном напряжении, то, используя указанный в п. 9.3.1 прием (введение согласно-последовательного соединения обмоток трех фаз между точками О и О'), получаем напряжение третьей гармоники Ux, которое при выборе его соответствующей амплитуды в сумме с напряжениями UaY, эу, со создает фазные напряжения Uao, Ubo, Uco, имеющие такую же форму, как линейное напряжение. Расчетная мощность обмоток определяется только током небаланса нагрузок инвертора.

Для синтезирования фор.мы фазного напряжения, изображенного на рис. 8.9, дополнительный трансформатор либо имеет в каждой фазе по две вторичные обмотки, включенные последовательно с вторичными обмотками основных трансформаторов (см. рис. 9.13, в) (при этом первичные обмотки дополнительных трансформаторов включены по схеме на рис. 9.13, а), либо выполняется в виде автотрансформатора, имеющего симметричные с обоих концов обмотки отводы, к которым подключены первичные обмотки основных трансформаторов, как показано на рис. 9.13, г [9.14]. Диаграммы фазных {U ло, Uy ) и линейного {U.в) напряжений для этого варианта показаны на рис. 9.14,6.

Форма фазного напряжения, показанная на рис. 8.9, ж, синтезируется в схеме на рнс. 9.13, [9.15] путем подключения первичных обмоток дополнительных трансформаторов к отвода.м от средних точек первичных обмоток основных трансформаторов. Благодаря этому дополнительные напряжения Ua, Ub, Uc формируются

только в моменты нулевых пауз в тех фазах, к отводу трансформатора которых подключены соответственно обмотки iCia, Wib, olc

(рис. 9.14, в). Суммирование, как и ранее, может быть выполнено по вторичной цепи (см. рис. 9.13,(9) и по первичной цепи (см. рис. 9.13, е). В последнем случае вторичная обмотка дополнительного трансформатора разделяется на две половины. Форма линейного напряжения Uab в данном инверторе аналогична форме напряже-

14

-kj<kyz---

£)Ф & Фф- ФФ-

i -I I- ш,5 -1 I- w -I 1

1с

1А

1С

аопл щопв допС

Г, Т.

4 -I I-Ifjs -I I-T,o i-I I-irz

Рис. 9.15. Схемы инверторов с трансформаторным выходом и с\ муированием основного напряжения длительностью 90 эл. град и дополнительного напряжения длительностью 30 эл. град

ния других вариантов инверторов на рис. 9.13, однако амплитуда ступеней по сравнению с напряжением Un несколько выше.

Для синтезирования формы фазного напряжения, изображенного на рис. 8.9,3, первичные обмотки основных трансформаторов в отличие от предыдущих вариантов включены между выходами полумостов взаимно сдвинутых по фазе импульсов управления на 90 эл. град (рис. 9.15, а) [9.16]. Суммирование при этом проводится по вторичной цепи, как показано на рис. 9.13, а. Возможно также выполнение данного инвертора с суммирование.м по первичной цепи, когда вторичные обмотки дополнительных трансформаторов включаются последовательно с первичными обмотками основных трансформаторов по аналогии с рнс. 9.13,6. Диаграммы фазных и линейных напряжений данного инвертора показаны на рнс. 9.14, г.

в рассматриваемом инверторе дополнительные трансформаторы могут отсутствовать, а их роль выполняют дополнительные обмотки основных трансформаторов woaA, WnonB, иУдопс, соединенные между собой согласно-последовательно и подключенные к входу вольтодобавочного выпрямителя В, выход которого включен согласно-последовательно в цепь питания инвертора (рис. 9.15,6).

Форма фазных и линейных напряжений остается той же, что показана на рис. 9.14, г, а форма напряжения после выпрямителя Un имеет дополнительные импульсы тройной частоты с амплитудой 0,73 Ln (рис. 9.14,(9). Нормальная работа данной схемы возможна только при cos фн>0,26, когда потребляемый инвертором ток не изменяет знака.

В табл. 9.1 приведены значения коэффициентов трансформации, обеспечивающие получение заданной трехступенчатой формы с высшими гармониками с номерами 12/С±1, и значения расчетной мощности трансформаторов, определяемые по (1.48) и отнесенные к выходной мощности инвертора в целом. Под коэффициентом передачи по напряжению kc, указанным в табл. 9.1, понимается, как и ранее, отношение действующих значений фазных напряжений первой гармоники Uao, Ubo, со к напряжению питания инвертора Un.

В рассмотренных вариантах инверторов минимальную расчетную мощность трансформаторов имеют инверторы при синтезировании формы, показанной на рис. 8.9, з, но при этом число витков обмоток cC.v и мощность дополнительных трансформаторов максимальны. Минимальную мощность дополнительных трансформаторов имеют варианты с синтезированием форм, показанных на рис. 8.9, дне.

В отличие от инверторов с суммированием одинаковых по форме напряжений (см. рис. 9.12), где все шесть трансформаторов имеют равную расчетную мощность, в данных инверторах расчетная мощность дополнительных трансформаторов составляет единицы процентов от выходной мощности инвертора, что в ряде случаев позволяет более успешно выполнить компоновку при конструировании инвертора.

В схеме на рис. 9.15,6 расчетная мощность трансформаторов зависит от коэффициента мощности нагрузки, так как по дополнительным обмоткам протекает потребляемый инвертором ток каждые полпериода тройной частоты (принимается, что в другом полупериоде потребляемый ток проходит транзитом через диоды выпрямителя В). Вследствие дополнительного падения напряжения на диодах выпрямителя применение данной схемы ограничено. Ее целесообразно использовать при повышенном входном напряжении инвертора и относительно малой выходной мощности, где основным требованием является малое число трансформаторов.

Транзисторы и диоды всех полумостов в схемах иа рис. 9.13 и 9.15 так же, как в схемах на рис. 9.12, нагружены одинаково при любом С05фн и их расчет проводится как для обычных трехфаз-

Таблица 9.1

со * Для каждой из двух обмоток. ** Для дополнительных обмоток основного трансформатора.

ных мостовых инверторов. Расчет тока входного конденсатора проводится по (9.17).

Если трехфазный инвертор выполнить с неравномерной разбивкой выходной мощности не только по трансформаторам, но и по транзисторам, то синтезирование трехступенчатого напряжения можно осуществить непосредственно из двух напряжений по способу, показанному иа рис. 8.4, в.

Реализующий этот способ трехфазный инвертор содержит мосты основных транзисторов Ti-Ге и дополнительных менее мощных транзисторов Г;-Ti2 (рис. 9.16,а). На выходе мостов включены основной и дополнительный трехфазные трансформаторы, первичные обмотки которых соединены треугольником, а вторичные согласно-последовательно и в звезду. Алгоритм коммутации транзисторов и диаграммы формируемых иа вторичных обмотках основных и А, и в, и с, дополнительных Ua, Ub, Uc, фазных Uao, Ubo, Uco и линейного Uab напряжений показаны на рис. 9.16,6. Значения коэффициентов трансформации и относительной мощности трансформаторов (каждой фазы) приведены в табл. 9.1.

Преимуществом данной схемы по сравнению со схемами иа рис. 9.12 и 9.13 является минимум обмоток трансформаторов при обеспечении питания трехфазной сети с несимметричной нагрузкой (с фиксированным нулем ). Мощность нагрузки в данном инверторе распределяется между основным и дополнительным мостами транзисторов в соотношении 1 :0,366. Соответственно этому производится расчет токов транзисторов и шунтирующих их диодов.

Инвертор с суммированием периодических напряжений основной и шестикратной частот содержит две трехфазные мостовые ячейки, управляемые напряжениями с взаимиы.м

Рис. 9.16. Инвертор, состоящий нз двух трехфазных ячеек неравной мощности