Автономные инверторы тока и напряжения

2 РАЗРАБОТКА И РАСЧЁТ СХЕМЫ ТРЁХФАЗНОГО АВТОНОМНОГО

ИНВЕРТОРА ТОКА

          2.1 Составление структурной схемы АИТ

          Структурная схема АИТ приведена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Структурная схема АИТ

На рисунке 2.1:

       СЧ АИТ – силовая часть автономного инвертора тока;

                 СУ АИТ – система управления автономного инвертора тока;

                 РТ – регулятор тока на входе АИТ;

                 СУ РТ – система управления регулятором тока;

                 U_вх – входное напряжение инвертора;

                 U_зи – задающие импульсы системы управления;

                 U_б – сигнал блокировки работы системы;

                 U_уиРТ, U_уиАИТ – импульсы напряжения, управляющие регулятором                                                                                                                                                                                                                                                                

                 тока и  АИТ соответственно;

                 U_вых – выходное напряжение АИТ;

                 Н – нагрузка.

     2.2 Расчёт силовой части АИТ

     Принципиальная схема силовой части мостового трёхфазного АИТ приведена на рисунке 2.2.

     Порядок проводимости тока тиристорами инвертора такой же, как в трёхфазном мостовом выпрямителе (VS1-VS4, VS1-VS6, VS3-VS6, VS3-VS2, VS5-VS2, VS5-VS4, VS1-VS4,...). В связи с тем, что каждый тиристор работает 1/6 часть периода в паре с одним тиристором, а затем 1/6 часть периода с другим тиристором, на управляющий электрод каждого тиристора необходимо подавать два узких импульса, следующих через 60⁰. Этим обеспечивается одновременная работа двух тиристоров: одного в анодной и одного в катодной группе.

Рисунок 2.2 – Принципиальная схема силовой части АИТ

     Коммутация тиристоров в инверторе осуществляется с помощью коммутирующих конденсаторов С1-С6. Конденсаторы на стороне катодной и анодной группы тиристоров соединены в треугольник или звезду. Они обеспечивают компенсацию реактивной мощности нагрузки и создают необходимый угол опережения β. В инверторе осуществляется межвентильная коммутация, то есть запирание каждого тиристора происходит при отпирании следующего по порядку работы тиристора другой фазы, но той же группы.

     Для предотвращения разряда коммутирующих конденсаторов на нагрузку, в инверторе предусмотрены отсекающие диоды VD1-VD6. Они повышают напряжение на нагрузке и увеличивают угол β, повышая нагрузочную способность инвертора.

Задание: Uнф=127 В, Sн=4 кВА, cosφн=0,6 fн=100 Гц, диапазон изменения нагрузки: 0, 5fн – 1,25fн.

     Присвоим  всем рассчитываемым параметрам, относящимся к минимальной частоте, индекс «1».

     Активную мощность тока на выходе инвертора для минимальной частоты, равной f2=0,5·fном рассчитываем по выражению:

                                               (2.1)

где Uнф – фазное напряжение нагрузки;

ηи – КПД для бестрансформаторной схемы инвертора.

Пренебрегая потерями в инверторе, принимаем мощность, отбираемую от источника постоянного тока:

                                                      (2.2)

     Минимальный угол запирания, определяемый быстродействием ключей, определяется по формуле:

                                           (2.3)

где tвыкл =(1,5-2)· tвосст.;

tвосст – время восстановления запирающих свойств ключа.

     Напряжение на выходе инвертора рассчитывается по формуле:

                                           (2.4)

     где  – схемный коэффициент для инвертора

 Входной ток инвертора определяется по формуле:

                                                       (2.5)

     Средний ток ключей и отсекающих диодов определяется из выражению:

                                                  (2.6)

     где  Кз.т.= (1,8-2)  – коэффициент запаса по току.

Максимальное прямое напряжение на тиристорах и коммутирующих конденсаторах, а также максимальное обратное напряжение на отсекающих диодах определяется по формуле:

                            (2.7)

где Кз.т.=(1,3-1,5) – коэффициент запаса по напряжению.

  Мощность и емкость коммутирующих конденсаторов определяется

следующим образом:

                                         (2.8)

     Отсюда емкость можно определить следующим образом:

                                                    (2.9)

     Индуктивность дросселя  в цепи источника питания определяется по формуле:

                                  (2.10)

     Присвоим  всем рассчитываемым параметрам, относящимся к номинальной частоте, индекс «2».

     Произведем расчет активной мощности на выходе инвертора для частоты

равной f2=fном по выражению (2.1):

         Пренебрегая потерями в инверторе, принимаем мощность, отбираемую от источника постоянного тока:

     Минимальный угол запирания, определяемый быстродействием ключей, определяется по формуле (2.3):

Напряжение на выходе инвертора рассчитывается по формуле (2.4):

     Входной ток инвертора определяется по формуле (2.5):

Средний ток ключей и отсекающих диодов определяется из выражению (2.6):

         Максимальное прямое напряжение на тиристорах и коммутирующих конденсаторах, а также максимальное обратное напряжение на отсекающих диодах определяется по формуле (2.7):

         Мощность и емкость коммутирующих конденсаторов определяется следующим образом (2.8):

          Отсюда емкость можно определить следующим образом (2.9):

Индуктивность дросселя  в цепи источника питания определяется по формуле (2.10):

     Присвоим  всем рассчитываемым параметрам, относящимся к максимальной частоте, индекс «3».

     Произведем расчет активной мощности на выходе инвертора для частоты

равной f3=1,25·ном по выражению (2.1):

     Пренебрегая потерями в инверторе, принимаем мощность, отбираемую

от источника постоянного тока:

     Минимальный угол запирания, определяемый быстродействием ключей, определяется по формуле (2.3):

     Напряжение на выходе инвертора рассчитывается по формуле (2.4):

     Входной ток инвертора определяется по формуле (2.5):

Средний ток ключей и отсекающих диодов определяется из выражению (2.6):

     Максимальное прямое напряжение на тиристорах и коммутирующих конденсаторах, а также максимальное обратное напряжение на отсекающих диодах определяется по формуле (2.7):

     Мощность и емкость коммутирующих конденсаторов определяется следующим образом (2.8):

     Отсюда емкость можно определить следующим образом (2.9):

     К установке принимаем конденсатор типа К-50-7 – 91 мкФ – 250В

     Индуктивность дросселя  в цепи источника питания определяется по формуле (2.10):

Т.о.,  на основе выше изложенного расчета параметров, можно произвести выбор силовых ключей. В качестве ключей используем тиристоры Т112 – 10.

          В качестве отсекающих диодов можно выбрать диоды КД2989А.

Таблица 2.1 – Параметры тиристора Т112 – 10

Таблица 2.2 – Параметры диода КД2989А

2.3 Расчёт регулятора импульсов

    Принципиальная схема регулятора импульсов представлена на рисунке 2.3.