ПЧН с искусственной коммутацией вентилей

Выходная частота преобразователя частоты с непосредственной связью между нагрузкой и питающей сетью и с искусственной коммутацией вентилей (ПЧНИ) может быть как меньше частоты питающей сети, так и больше ее. Искусственная коммутация вентилей может осуществляться посредством применения в преобразователе частоты специальных устройств для принудительного выключения тиристоров, например, коммутирующих конденсаторов. В связи с этим, многие схемы ПЧНИ имеют определенное сходство со схемами инверторов тока, которые были рассмотрены выше.

Рисунок 55. Однофазный преобразователь частоты с непосредственной связью и искусственной коммутацией вентилей (ПЧНИ 1/1)

На рисунке 55 приведена схема однофазного преобразователя частоты с непосредственной связью и искусственной коммутацией вентилей. Схема содержит четыре тиристора (Т1-Т4), трансформатор (Т), конденсатор (С) и дроссель (L). При положительной полуволне напряжения питающей сети импульсы управления поочередно подают на тиристоры Т1 и Т2. При открытии тиристора Т1 ток проходит через тиристор Т1, полуобмотку трансформатора и дроссель. Коммутирующий конденсатор заряжается, при этом на левой обкладке его появляется положительный потенциал. Напряжение первичной полуобмотки трансформатора трансформируется во вторичную обмотку трансформатора. Через интервал времени, равный полупериоду выходного напряжения, поступает импульс управления на открытие тиристора Т2. Тиристор Т2 открывается, напряжение коммутирующего конденсатора С прикладывается к тиристору Т1 в обратном, т.е. запирающем направлении. Тиристор Т1 закрывается. Ток начинает проходить через тиристор Т2, вторую полуобмотку трансформатора и дроссель. Коммутирующий конденсатор перезаряжается на обратную полярность и т.д. В качестве одного из недостатков этой схемы преобразователя следует указать на то, что амплитуда выходного напряжения не постоянна, а промодулирована с частотой равной двойной частоте напряжения питающей сети (рисунок 56). Кроме этого, зависимость устойчивости работы этого преобразователя от величины и характера нагрузки практически носит такой же характер, как и у инвертора тока параллельного типа.

Рисунок 56. Временные диаграммы напряжений питающей сети и выходного напряжения ПЧНИ 1/1

На рисунке 56 приведены кривые напряжений питающей сети (тонкая линия) и выходного напряжения (утолщенная линия). Период выходного напряжения – Т2, а напряжения питающей сети – Т1.

Для уменьшения глубины модуляции амплитуды выходного напряжения ПЧНИ следует запитать преобразователь от трехфазной сети, как это показано на рисунке 57.

Рисунок 57. Преобразователь частоты с непосредственной связью и искусственной коммутацией вентилей (ПЧНИ 3/1)

На рисунке 57 приведена схема преобразователя частоты непосредственной связью и искусственной коммутацией вентилей, предназначенного для преобразования трехфазного напряжения питающей сети в однофазное напряжения (ПЧНИ 3/1).

Благодаря принудительной коммутации вентилей в ПЧНИ можно получить частоту выходного напряжения как меньше, так и больше частоты питающей сети.

Надежность работы ПЧНИ достаточно высока. Например, при срыве коммутации на интервале положительного полупериода напряжения питающей сети, открытые тиристоры автоматически будут закрыты на интервале отрицательного полупериода напряжения питающей сети.

Отметим и недостатки ПЧНИ:

- отсутствует возможность регулировании величины выходного напряжения преобразователя;

- в выходном напряжении ПЧНИ содержится большое количество высших гармоник.

Для реализации возможности регулирования величины выходного напряжения ПЧНИ требуется существенное усложнение как силовой схемы, так и ее схемы управления.

ПЧНИ можно выполнить и без коммутирующих конденсаторов, если вместо тиристоров (неполностью управляемых вентилей) применить полностью управляемые вентили – транзисторы или запираемые тиристоры. Однако и в этом случае необходимы существенные дополнения силовой схемы и схемы управления для обеспечения возможности рекуперации реактивной энергии нагрузки в питающую сеть.

Вопросы для самоконтроля:

1. Укажите способы управления преобразователей частоты без звена постоянного тока.

2. Что означает понятие «согласованное управление».

3. В чем различие между совместным и раздельным управлением?

4. Дайте оценку возможному диапазону регулирования частоты выходного напряжения ПЧНЕ (по отношению к частоте питающей сети).

5. Как реализуется искусственная коммутация вентилей в преобразователях частоты без звена постоянного тока?

6. Перечислите достоинства и недостатки ПЧНЕ.

7. Перечислите достоинства и недостатки ПЧНИ.

8. Укажите области применения ПЧНЕ и ПЧНИ.