rzzzzzzzzzzzzi

I I-1 r

J I I

1 I-1

1 I-1 r

22-373

Рис. 9.17. Инвертор с введением в цепь питания дополнительного однофазного напряжения шестикратной частоты

Т,/Тг Г5/Г4

J-1 г-1 г-1 г-1 г

tui?

СДВИГОМ 30 эл. град, и три однофазные (или один трехфазный) основных трансформаторов 7росн, первичные обмотки которых включены между выходами полумостов, управляемых напряжениями с взаимным сдвигом в 150 эл.град, т.е. аналогично схеме на рис. 9.13, а. В общую цепь питания инвертора включена вторичная обмотка дополнительного трансформатора рдоп, первичная обмотка

которого подключена к выходу дополнительной однофазной инверторной ячейки, транзисторы которой Т13-Tie переключаются с частотой, в шесть раз превышающей выходную частоту инвертора (рис. 9.17, а, б) [8.7].

Л1оменты коммутации транзисторов Т13-Tie и Ti-Т12 совпадают (рис. 9.17, в). При открытых транзисторах Тхз и Tie дополнительная ячейка работает как вольтодобавочный инвертор, т.е. напряжение f/доп суммируется с входным напряжением Un, а при закрытых транзисторах Т з и Tie дополнительная ячейка работает как выпрямитель; энергия из цепи питания основных ячеек через трансформатор 7рдоп и диоды Ли и Д15 возвращается в источник питания (функции обмоток трансформатора Троп взаимно меняются). Транзисторы 7i4 и 7i5, открываемые на данном интервале, необходимы только в том случае, когда потребляемый ток может изменить знак (по мгновенному значению).

Напряжение питания основных ячеек Un+Uon имеет пульсации шестикратной частоты с относительной амплитудой 0,072, что обеспечивает получение формы фазного напряжения, изображенного на рнс. 8.9, ж, и заданного трехступенчатого напряжения, аналогичного напряжению, получаемому в схемах на рис. 9.13. Коэффициенты трансформации и относительная расчетная мощность трансформаторов приведены в табл. 9.1.

Преимуществом данной схемы по сравнению со схемами на рис. 9.13 и 9.15, а является то, что используется лишь один дополнительный однофазный трансформатор, расчетная мощность которого не превышает 10 % выходной мощности инвертора, а частота его напряжения в 6 раз больше выходной частоты. В ряде случаев в качестве этого трансформатора может использоваться трансформатор системы управления основными транзисторами инвертора.

9.3.3. ИНВЕРТОРЫ С БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫМ ВЫХОДОМ И МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ АППРОКСИМИРУЮЩЕЙ СИНУСОИДУ ФОРМОЙ выходных НАПРЯЖЕНИЙ

Трехфазные инверторы с бестрансформаторным выходом выполняются путем использования в каждой фазе рассмотренных в гл. 8 однофазных ячеек с делением входного напряжения с помощью автотрансформаторов или путем секционирования источника питания.

Если в каждой фазе использовать простейшие делители входного напряжения на два, выполненные по схемам на рис. 3.4, з, и; 8.24, б, и в вы.ходно.м напряжении относительно средней точки источника питания сформировать нулевую паузу длительностью 30 эл. град в каждом полуперноде, то линейное напряжение трехфазного инвертора будет иметь форму, показанную на рис. 9.1, г, без третьей и кратной ей гармоник и с уменьшенным значением 5-й, 7-й и кратной им гармоник. Для полного исключения указанных гармоник напряжение между выходным выводом каждой однофазной ячейки и условной средней точкой источника питания должно иметь одну из восьми форм, показанных на рис. 8.9. Фор-

мирование таких двухуровневых напряжений осуществляется в трехфазных инверторах путем как деления входного напряжения, так и суммирования поделенного напряжения с дополнительным напряжением другой длительности и (или) частоты.

Трехфазные инверторы с суммированием (вычитанием) дополнительных напряжений с помощью трансформаторов показаны иа рис. 9.18. Инвертор (рис. 9.18, а) содержит трехфазный мост основных транзисторов Ti-Tq, каждый из которых открыт 180 эл. град, и трехфазный мост дополнительных транзисторов Г;-Г12 (фазы В и С на транзисторах 7з, Т4, Тд, и Гз, 7б, Тц, Тп выполнены аналогично фазе А).

При коммутации транзисторов Г7-7i2 по алгоритму, показанному на рис. 9.18,6, напряжения иа выводах Л, В, С относительно условной средней точки источника питания {Uao, Ubo, Uco) имеют форму, показанную на рис. 8.9, в, и взаимно сдвинуты иа 120 эл. град. Линейное напряжение Uab=Uao-so имеет трехступенчатую форму Ub (см. рис. 8.9, в) с амплитудой 1,365 Ln-

Если формировать напряжения Uao, Ubo, Uco, как показано на рис. 8.9, а, то дополнительные импульсы иа вторичной обмотке вычитаются из основного напряжения и трансформаторы включаются как несимметричные автотрансформаторные делители напряжения (рис. 9.18,в) [9.17]. Алгоритм коммутации дополнительных ключей для этой схемы показан на рис. 9.18, г.

Первичные обмотки трансформаторов wia, wib, iic могут быгь включены несвязно с основными транзисторами, как показано иа рис. 9.18, при сохранении включения вторичных обмоток по схеме на рис. 9.18, а или в [9.18]. Алгоритм коммутации транзисторов Т7-Ti2 при этом остается таким же, как на рис. 9.18,6 и г соответственно, с тон лишь разницей, что в течение первого полупериода напряжения Uao постоянно закрыт транзистор Тг, а в течение второго полупериода - Ts, так же как для напряжения Ubo - соответственно Тд и Тю, а для Uco - соответственно Тц и 7i2. Транзисторы 7i3 и Тц коммутируются на тройной частоте (рис. 9.18,6,г), и поэтому для их управления может использоваться суммарное напряжение трех согласно-последовательно включенных дополнительных обмоток, расположенных на трансформаторах ТрА, ТрВ, ТрС. Для питания первичных обмоток, включенных по схеме на рис. 9.18,д, может использоваться отдельный источник.

Если первичные обмотки wia, ib, ic включить в треугольник по схеме на рис. 9.18, е, а вторичные w2a, w2b, <2с - по схеме на рис. 9.18, а и коммутировать транзисторы по алгоритму на рис. 9.18, лс, то дополнительные импульсы суммируются с основным напряжением и вычитаются из него, образуя форму напряжений Uao, Ubo, Uco, показанных на рис. 8.9,г [9.19]. Из рис. 9Л8,ж следует, что амплитуда линейного напряжения такого инвертора Ул.м = = Uao-Ubo = 1,31Uu.

В табл. 9.2 показаны значения коэффициентов трансформации k.rp=w2/wi, обеспечивающие исключение 5-й, 7-й и кратных им гармоник, отношения действующего значения выходного лииейно-

Фаза А

5 5

zzzt

Фаза A

If, LVI Is

6Я

73 /4

-1 г

ТрВ

о----

T5J11 ТрС

0,365 Un

0,5 и„

2Л

T7/t8

T3IT10 Tii/T,2 Ъз/Тя

i>C 5)

2Я

0,155 Un

AO

Tg -iic--1 Tiz -1

0,155 Un

0,5 Un Г

Plic. 9.18. Инверторы с бестрансфор.маторным выходо.м и введенне.м допо.тнитель-ных напряжений с по.мощью трансформаторов

о

Таблиц а 9.2

го напряжения первой гармоники Um действ к напряжению питания Un, относительные расчетные значения мощностей трансформаторов и суммарных амплитудных значений токов транзисторов схем на рис. 9.18.

Расчетная мощность трансформатора определяется по (1.62), т.е. в относительных единицах

тр* = тр.ср 2u)/2 Л1действ н.действ- )

Относительное значение максимального тока транзистора определяется по формуле

т.м* =1 2/fci/д дейс.в п/КЗЛ1действн.действ = 0.81 б^сх /п л1действ

(9.20)

где сх - коэффициент, связывающий значение тока транзистора с фазным током нагрузки.

При формировании напряжения, показанного на рис. 9.18, ж (в отличие от других видов формирований), сердечники трансформаторов дополнительно перемагничиваются в течение периода ще-стикратной частоты, что увеличивает в них потери мощности и, следовательно, габаритные размеры трансформаторов.

Из табл. 9.2 следует, что наименьшие расчетные мощности трансформаторов и транзисторов имеет инвертор при синтезировании формы, изображенной на рис. 8.9, г.

Инвертор на рис. 9.18, в имеет несколько большие значения расчетных мощностей трансформаторов и транзисторов, но вместе с тем позволяет получить фазные напряжения без третьей и кратной ей гармоник простым согласно-последовательным соединением трех расположенных на трансформаторе дополнительных обмоток Wn (по типу схемы на рис. 9.17,6). Таким же свойством обладает и схема на рис. 9.18, а. В соответствии с рис. 8.9, а в коэффициент трансформации кгр=Шы1ш\ должен быть равен 0,078 и 0,288 соответственно для схем на рис. 9.18, а и е.

Для уменьшения линий связи между источником питания и инвертором получение фазных напряжений без третьей и кратной ей гармоник в схеме на рис. 9.18, в может быть осуществлено иным путем - включением встречно-последовательно в выходную цепь каждой фазы дополнительных обмоток трансформаторов двух других фаз [9.20]. При этом коэффициент трансформации основной обмотки выбирается равным 0,31, а дополнительной 0,078.

Схема на рис. 9.18, а имеет почти в 1,5 раза большее, чем схема на рис. 9.18, в, отнощение б'лиейств/п, что следует учитывать при сопряжении источника и нагрузки.

Включение дополнительных транзисторов по схеме на рис. 9.18,(9 позволяет лучше использовать их по напряжению путем выбора соответствующего уровня напряжения питания.

Трехфазные инверторы, в которых осуществляется синтезирование формы напряжения, изображенной на рис. 8.9,ж, показаны на рис. 9.19. Инвертор

€)11(Э-€)М(Э€)11(>

0,5 Un

tflon ,-1 LJp Здоа I I

2Д0П

I I I

I >

iL---

I I

I I I

> ! !

f I

r- Фаза С p I

1 L J

6 с

Рис. 9.19. Инверторы с бестрансформаторным выходом, использующие делители входного напряжения для формирования основного импульса

(рис. 9.19, а) [9.21] состоит из двух одинаковых трехфазных мостовых ячеек на транзисторах -Ге и Г?-Т\2, управляемых напряжениями с взаимным сдвигом на 30 эл. град. Между одноименными выходами ячеек включены первичные обмотки w\ трансформаторов ТрА, ТрВ и ТрС. Между отводом от середины обмотки Wi и выходным выводом каждой данной фазы включены последовательно вторичные обмотки w трансформаторов двух других фаз. При указанном алгоритме коммутации транзисторов (см. рис. 9.17, в) основное напряжение Uao имеет форму прямоугольника длительностью 150 эл. град (рис. 9.19,6). При суммировании этого напряжения с дополнительными импульсами напряжений UjpB и -Ujpc фазное напряжение Uao имеет заданную форму, показанную на рис. 8.9, ж, а линейное напряжение - трехступенчатую форму (показанную внизу этого рисунка) с амплитудой 1,155 t/n.

Если расположение отводов а, Ь, с несколько сместить относительно середины, то в выходную цепь последовательно включается только одна вторичная обмотка трансформатора последующей по чередованию фазы [9.22]. Получаемая при этом форма линейного напряжения не изменяется, а форма напряжения Uao показана на рис. 9.19, е. Упрощение трансформаторов в данной схеме вызывает некоторую несимметрию загрузки транзисторов трехфазных мостов Tl-Гб и Т7-Ti2.

Расчетные значения параметров инвертора на рис. 9.19, а приведены в табл. 9.2. Для уменьщения габаритных размеров трансформаторов в инверторе на рис. 9.19, а коммутация транзисторов на интервале формирования паузы 30 эл. град может проводиться с периодом высокой частоты (несколько килогерц). В один полупериод этой частоты для фазы А открыты Ti и Tg, а в другой полупериод - Гг и Г?. Для получения дополнительных импульсов напряжения в этом случае вводятся три дополнительных трансформатора {Тра, Трь, Трс), первичные обмотки которых включены треугольником на выходе трехфазного моста дополнительных транзисторов Гу - (по типу схемы на рис. 9.18,е), а вторичные - согласно-последовательно в выходную цепь данной фазы, как показано на рис. 9.19,2. Транзисторы Tj - Т' коммутируются по алгоритму, показанному на рис. 9.19,. Расчетная мощность каждого дополнительного трансформатора составляет 1,7 % мощности нагрузки, а ток дополнительного транзистора 15 % тока основных транзисторов. Поэтому, несмотря на увеличение числа элементов, габаритные размеры инвертора благодаря переводу автотрансформаторов на повыщенную частоту могут быть снижены.

Вместо рассмотренных автотрансформаторных делителей входного напряжения на два в данном инверторе могут быть использованы транзисторные переключатели, соединяющие точки а, Ь, с с отводом от середины источника питания и выполненные по схеме на рис. 3.4, и или 8.24, б. В таком инверторе остаются только дополнительные трансформаторы с суммарной расчетной мощностью 5,5 % мощности нагрузки, но удваивается в общем случае (cos фн = 0- 1,0) суммарный ток основных транзисторов, т.е. для инвертора в целом 2/т.м. = 12,57.

В рассмотренном инверторе с дополнительными трансформаторами может быть сформировано и пятиступенчатое линейное напряжение с уменьщенным содержанием (менее 3,5 %) высших гармоник, показанное на рис. 2.9, в [9.23].

Вместо трех дополнительных трансформаторов может быть использован один трансформатор, включенный на выходе дополнительной однофазной ячейки шестикратной частоты, как показано на рис. 9.19, е. Вторичные обмотки w2 и включены в цепь питания трехфазного инвертора, а каждая фаза инвертора выполняется по любой из схем делителя напряжения на два (по схеме на рис. 3.4,3,w или 8.24,6). Работа инвертора аналогична работе инвертора на рис. 9.17, а. Напряжения Uao, Ubo и Uco имеют форму,

показанную на рис. 8.9, ж, а линейное напряжение трехступенчатую форму с амплитудой 1,072 f/n- Коэффициенты трансформации и расчетные токи и мощности для данного инвертора приведены в табл. 9.2. Расчетные данные по Ртр. и /т.м. приведены для активной нагрузки.

Если делители входного напряжения на два выполнены бестрансформаторными (по схеме на рис. 3.4, w или 8.24,6), то требуется либо выполнение источника питания с отводом от средней точки, либо использование для этой цели отвода от средней точки первичной обмотки трансформатора Троп (см. штриховые линии на рис. 9.19, е). В последнем случае расчетные значения токов дополнительных транзисторов и первичной обмотки Грдоп существен-но увеличиваются.

Трехфазный инвертор, в котором дополнительная однофазная ячейка работает на тро й-

Рис. 9.20. Инвертор с дополнительной однофазной ячейкой тройной частоты 354