Тиристорные электроприводы с низкочастотными преобразователями частоты

16.06.2014

Тиристорные электроприводы с низкочастотными преобразователями частоты бывают с естественной и искусственной коммутацией.

В преобразователях с естественной коммутацией выходное напряжение формируется из целого числа полупериодов напряжения питания благодаря поочередному отпиранию вентильных групп. Частота регулируется изменением длительности пропускания тока через тиристоры. Таким образом, один полупериод выходного напряжения состоит из нескольких полупериодов напряжения сети. Следовательно, выходная частота может измениться лишь в сторону уменьшения по сравнению с частотой сети, что ограничивает диапазон регулирования частоты вращения, который зависит от силовой схемы и практически составляет 3—30 Гц. Отсутствие коммутирующих элементов и дополнительных цепей для возврата энергии — важное преимущество данных преобразователей по сравнению с преобразователями с промежуточным звеном постоянного тока.

Питание преобразователей можно осуществить как от однофазной, так и от трехфазной сети. По числу фаз выходного напряжения ПЧН бывают однофазные и многофазные.

В случае активной нагрузки вентильные группы работают в выпрямительном режиме, так как напряжение и ток совпадают по фазе. При индуктивно-активной нагрузке, существующей в вентельном электроприводе, необходимо обеспечить компенсацию реактивной энергии. Это достигается чередованием режимов работы тиристоров каждой группы (выпрямительного и инверторного).

Выходное напряжение в ПЧН регулируется изменением угла а открывания тиристоров с помощью системы импульсно-фазового управления. Изменяя момент открывания тиристоров, можно получить форму кривой выходного напряжения, близкую к синусоиде.

Преобразователи с искусственной коммутацией тиристоров имеют структурные схемы, подобные ПЧН с естественной коммутацией. В отличие от последних они снабжены контурами искусственной коммутации, позволяющими изменять момент отключения тиристоров. Эти преобразователи плавно регулируют выходную частоту в обе стороны от входной частоты. Существуют различные способы преобразования частоты с помощью ПЧН с искусственной коммутацией, определяемые порядком переключения управляемых вентилей. Схемы таких преобразователен значительно сложнее схем ПЧН с естественной коммутацией. Поэтому их целесообразно выполнять на полностью управляемых полупроводниковых приборах.

В составе преобразователей предусматривается аппараты и узлы для обеспечения стабилизации тока и напряжения, защиты от опасных режимов, в том числе различные обратные связи.

При работе тиристорных преобразователей в питающей сети и в нагрузке возникают нелинейные искажения, вызванные отклонением от синусоидальной формы (напряжения в промежутках между переходами тока с вентиля на вентиль, неенмметрией в преобразователях, генераторах и потребителях, наличием паразитных емкостей и индуктивностей рассеяния в электрооборудовании, образующих колебательные контуры, и др. В результате этих причин ток и напряжение перестают быть периодическими и характеризуются наличием высших гармоник. Наибольшее отрицательное влияние на трехфазную сеть оказывают гармоники порядка 5, 7, 13 и т. д. Чем выше порядок гармоник, тем легче осуществить их подавление, поэтому наиболее вредное влияние оказывает низкочастотная модуляция. Искажения тем выше, чем больше мощность нагрузки и угол регулирования а.

Уровень высших гармонических характеризуется коэффициентом не синусоидальности, который для промышленных сетей не должен превышать 0,05, или 5%. Допустимым уровнем нелинейных искажении в судовой сети переменного тока при работе тиристорных преобразователей считается 0,1 - 0,12.

Нелинейные искажения вызывают дополнительные потери в синхронных генераторах, ухудшают коммутацию у электродвигателей постоянного тока и приводят к повышенному их нагреву, ускоряют старение электро-изоляции, нарушают работу средств автоматики, в том числе самого преобразователя, создают помехи в работе средств связи и т. д.

Уменьшение влияния высших гармоник достигается повышением фазности выпрямления, что позволяет уменьшить пульсацию тока, применением специальных реакторов и индуктивно-емкостных фильтров.