стоте, но и при более высоких или более низких частотах. Большинство промышленных применений требует частот, лежащих в пределах от нескольких герц до 10 кгц. В схемах, где нужно иметь минимальную удельную установленную мощность на киловатт мощности в нагрузке, требуется, кроме того, высокий к. л. д. преобразования. Другое требование заключается в высокой надежности, что снижает эксп.пуатационные расходы и дает возможность использования энергии в недоступных для обслужипаиия местах или в диапазонах напряжений, где электромашиипые преобразователи с контактными кольцами или щетками не могут быть применены. Быстро снижающаяся стоимость тиристоров «месте с их возрастающей но-мина.гтьпой мощностью делает статические инверторы серьезным соперником электромашинных преобразователей во многих областях уже в наше время.

Одним из важных применений для статических инверторов, например, является привод с синхронным двигателем, в котором требуется точное регулирование скорости .в широком диапазоне. Статические инверторы дают возможность получить такую регулируемую частоту и регулируемое напряжение питания с точностью настроенных камертонов или регулируемых кзарн,евых генераторов колебаний. Регулирование скорости, таким образом, по существу не зависит от 1И1тающего напряжения или изменения нагрузки п зависит только от точности маломощного регулирующего частоту генератора. Так как двигатель требует онределенного напряжения для обеспечения идеального вращающего момента без перегрева и чрезмерных потребляемых токов от источника, то требуется регулирование напряжения, пропорциональное регулированию частоты от этого источника питания. Иниертор по соответствующей схеме и с надлежащей схемой управления может обеспечить такое регулируемое выходное напряжение, изменяющееся либо не:!ависимо, либо в сочетании с изменением частоты. В дополнение к этому инвертор исключает проблемы высокой стоимости обслуживания, которые сопутствуют двигателям переменного или постоянного тока с контактными кольцами и коллекторами, тогда как тиристоры обеспечивают возможность долговечной эксплуатации.

В этой разработке инверторов была посгавлена цель обеспечить не только регулируемые частоту и напряжение, но и синусоидальный ток в нагрузке при малом искажении его формы. Короче говоря, этот источник иигяния должен был обеспечить при своей статичности (никаких движущихся частей, нро.ме вентилятора) регулируемые частоту и напряжение питания вмесго ранее получаемых от двигатель-генераторной установки. Спецификация на оборудование была следующей.

Вход: 125е±107о постоянное напряжение. Выход: 1) 50 ква автономной нагрузки.

2) 240 в переменное, трехфазное стабильное и подстраиваемое в пределах 10% диапазона напряжение и не-стабилизированное при снижении вплоть до напряжения равного нулю.

3) Дополнительный источник 120 в переменного напряжения от понижающего автотрансформатора с коэффициентом трансформации 2: 1.

4) ± 1 % отклонения напряжения от установленной величины при изменении нагрузки от О до 100% и изменении напряжения питания в пределах ±10%.

5) Длительно поддерживаемые частоты в пределах от 50 до 500 гц.

6) Отклонение частоты от заданной ±0,5%-

7) Меньше чем 5% общего содержания гармоник при использовании фильтров.

8) Работоспособность во всем диатт.чзоне изменения коэффициента ыощ)1ости при емкостной и индуктивной нагрузках при сниженной величине тока или при коэффициенте мощности от 0,7 индуктн1!Ной нагрузюи до единицы при полной отдаишмий мощности.

Оборудование спроектировано с целью получения общего к. п. д., превышающего 90%, обеспечения бесшумного действия и компактности.

Исходные положения при проектировании инвертора

Основным исходным положением при разработке этого инвертора было использование многофазной схемы. Очевидные преимущества многофазного способа построения схемы состоят в следующем :

1) сниженное содержание гармонических составляющих в напряжении на нагрузке;

2) незначительное количество или полное отсутствие параллельно соединенных тиристоров, т. е. вынужденных усложняющих устройств для обеспечения параллельной работы;

3) пониженные гармоники тока vb источникепостоянмого тока - аккумуляторной батарее.

Как характерное исполнение многофазного инвертора была принята 24-фазная схема. Блок-схема ее показана на рис. 6-18.

Рис. 6-18. Блок схема устройств 24-фазного инвертора.

/ - источник постоянного напряжения; 2 - трехфазный инвертор; 3 - трансформаторы; 4 - фильтр.

Она состоит из четырех идентичных мостовых инверторов, каждый с отдельным выходным трансформатором, вторичные обмотки которых соединены в соответствующей последовательности. Все четыре инвертора получают питание от общих шин постоянного напряжения 125 е±10%. В инверторах применены 200-е тиристоры фирмы General Electric Company. Применение их дает возможность обеспечить нагрузку 50 ква, не прибегая к параллельному соединению тиристоров.

Каждып пз четырех трехфазных мистовых инверторов цает напряжение прямоугольной формы в режиме, когда каждый тиристор имеет интервал проводимости 180 т. е. больше, чем обычный интервал проводимости 120 для выпрямителя, собранного по мостовой схеме. Поскольку четыре инвертора идентичны, следует детально рассмотреть кривые, связанные только с одним инвертором (рис. 6-19). На рис. 6-19 тиристоры пронумерованы в по-

Рис. 6-19. Принципиальная схема трехфазного мостового инвертора с обратными вентилями и схема соединений первичной обмотки трансформатора.

рядке их действительной последовательности отпирания, а средняя точка О источника постоянного напряжения показана для расчетных целей. Три зажима переменного тока инвертора обозначены а, Ь, с и подключены к соединенным треугольником первичным обмоткам трансформатора.

С учетом трехфазной системы управляющих сигналов, обеспечивающих отпирание тиристоров в иоследовагельности от Т] к Т6, напряжение одного инвертора легко находится, как показано на рис. 6-20, что поясняется следующим образом. Так как применен принцип интервала проводимости тиристоров в инверторе 180°, то Каждый выходной зажим на рис. 6-19 попеременно присоединяется то к положительному, то к отрицательному выводу источника постоянного напряжения, если пренебречь падением напряжения в вентилях. Следовательно, для определения выходных напряжений целесообразно применить семейство фазных напряжений ид, u,Q и u Q- Например, напряжение «д.о (рис. 6-20,а) положительно и равно £/2 в интервале проводимости Т1 и отрицательно и равно Edl2 в интервале проводимости Т4. Напряжения u.q и Ид.О идентичны напряжению «„.о за исключением того, что они соответственно сдвинуты на 120 и 240°, как это показано на рнс. 6-20,6 и в.

венно

«а-6

как это показано на рис. 6-20. Линейные напряжения представляют собой хорошо известные кривые с длительностью 120 , которые не содержат третьей гармонической иапряжения и выражаются уравнением

cos to< - -g~ cos 5<o( -J-

2 L

cos 7w( - -j cos 1 lto( + .

Самая низкая гармоническая составляющая, содержащаяся в кривой напряжения такого мостового инвертора, является пятой гармоникой.

В мощных устройствах, которые требуют более низкого содержания гармонических составляющих .в кривой напряжения, фильтры, предназначенные для подавления пятой и седьмой гармоник, становятся мощными и громоздкими. Вследствие этого в высшей степени желательно улучшить кривую напряжения не прибегая к фильтрам, а непосредственно схемным путем, если это улуч-

-и ч

Чг-г.

а) б)

Рис. 6-20. Теоретические фазные и линейные напряжения для трехфазного мостового инвертора, показанного иа рис. 6-19.

шение ие будет достигнуто за счет худшего использования тиристоров. Кроме того, мощное устройство требует более шести тиристоров, что означает применение параллельного соединения тиристоров в инверторах, если используегся только один трехфазный мостовой инвертор. Одни метод получения улучшенной кривой напряжения состоит в присоединении второго инвертора, получающего питание от того же самого источника постоянного

напряження, что и первый инвертор, но дающего напряжение, сдвнмутое по фазе иа 30° относительно напряження первого инвертора. При соответствующем соединении обмоток трансформаторов достигается 12-фазное напряжение инвертора, как это показано на рис. 6-21. Самые низкие гармоники, присутствующие в кривой этого выходного напряжения, являются одиннадцатой и тринадцатой.

« (<t) = 2j (К, -f /Сг COS n2Y -f /Сз cos /i4y)

n= 1, 3, 5. 7.....

sin runt n

(6-49)

где Y="15, a постоянные определяются коэффициентом трансформации. Для многих применений, таких ка« питание двигателей, такая кривая выходного напряження является достаточной без дополнительных улучшений. Однако следующий шаг по улучшению формы кривой выходного напряжения может быть сделан без помощи фильтра и путем одновременного удвоения мощности схемы, т. е. путем применения второго 12-фазного инвертора, сдвинутого на 15° относительно выходного напряжения пфвого 12-фазного

Рис. 6-21. Кривая выходного на.пря-жения 12-фазного инвертора.

инвертора. Полная схема в этом случае состоит из четырех трехфазных мостовых инверторов, идентичных инверторам, показанным на рис. 6-19, и называется 24-фазным инвертором. Управляющие сигналы каждого из четырех инверторов сдвинуты но фазе так, что соответствующее линейное иапряжение, возникающее иа каждой первич)1ой обмотке трансформатора, сфазировано так, как показано на рис. 6-22. Следовательно, инверторы / и /, напряження которых сдвинуты на 30°, образуют 12-фазный инвертор, в то время как инверторы и IV, также и.меющие выходные напряжения, сдвинутые па 30°, образуют второй 12-фазнын инвертор. Если выходные напряжения двух 12-фазных пиверторов сдвинуты по фазе так, что инвертор / опережает инвертор на 15°, опережает / на 15°, а / опережает IV на 15", то 24-фазная форма кривой напряжения получается в линейном напряжении на вторичных обмотках, как это показано на рис. 6-23,6. Такая форма кривой требует только незначительной фильтрации для обеспечения общего содержания гармонических менее 5%, так как самыми низкими гармониками, содержащимися в кривой, являются 23-я и 25-я гармоники с амплитудами 4,35 и 4% соответственно каждая. 202

Разложение в ряд Фурье этой кривой выходного напряження будет следующим:

„ 2 (. cos + К. cos f-Ь/С, cos f 4-

«7y , , "9y \ sin пш1 .OCT

(6-50)

Следовательно, путем применения 24-фазной схемы соединений самая низкая гармоника, присутствующая в кривой напряжения на

Рис. 6-22 Схема соединений 24-фазного инвертора.

нагрузке, поднимается с 5-й, имеющейся в кривой напряжения одного моста, до 23-й. Общее количество тиристоров возрастает в 4 раза, но и общая выходная мощность также возрастает в то Же число раз. Отсюда использование тиристоров остается тем же самым, что и в трехфазном мостовом инверторе.

Регулирование напряжения

Регулирование выходного напряжения важно осуществить в большинстве применений инверторов либо для компенсации изменений питающего напряжения и внутреннего падения напряжения в инверторе, либо из-за того, что нагрузка требует регулирования напряжения, или одновременно из-за того п другого. Эти требо-