Файл: Васильев, А. С. Статические преобразователи частоты для индукционного нагрева.pdf

где k = $[it/ig ф — l)]-1; напряжения нормированы отно­ сительно E, токи — относительно Ет\Ск.

При переходе к системе уравнений, описывающих состояние проводимости двух плеч моста или состояние непроводимости вентильного моста из системы (266), исключаются соответственно ток i-z или токи г'ь h и на­ пряжение ык. Условия переключения для новых перемен­ ных состояния: переход к паузе тока моста — ii(t)=0, dil/dt>0-, обратный переход возможен при uBi(t)=0',

Рис. 56. Диаграмма токов преобразователя при пуске; вентили включаются через пол­ периода после включения анодного напря­ жения, параметры схемы «о—2,3; Р=2.0;

6Л=0,1.

132

двух плеч iz(t)=0, di2ldt>0. Кроме того, существует гра­ ница переключения, соответствующая включению управ­ ляемого вентиля импульсами управления. Эта граница переключения соответствует t= nT/2= n(n= 0, 1, 2, 3...),

й(п)=0.

При переходе от одного состояния преобразователь­ ного моста к другому остающиеся переменные состоя­ ния непрерывны на основании законов коммутации. Исключаемые переменные и их производные могут ме­ няться скачком, кроме того, на границах полупериодов

—ык(«—0) =«к(п + 0); ii(n—0) =k(n+Q).

На рис. 56,57 представлены два интересных случая пе­ реходного процесса. В первом случае (рис. 56) пуск осуще­ ствляется следующим образом: в момент t= 0 включается анодное напряжение, а спустя полпериода задающей час-

Рнс. 57. Диаг.ралша токов преобразователя при пуске; разделительная емкость заряже­ на; параметры схемы я0=2,3; £л=0,25; р=

= 2,0.

тоты на один из вентилей приходит управляющий импульс. Учитывая малую длительность управляющих импульсов, такой пуск является весьма вероятным. Как видно из кривых входного тока id, тока вентильной ячейки ii и тока диода 4, к моменту появления управляющего им­

1 3 3

пульса в схеме имеются уже не нулевые начальные ус­ ловия /<г>0, ир>0.

В 'первый полупериод работы вентилей (второй от момента включения источника) ток вентильной ячейки не меняет знака и время дли восстановления управляе­ мости прямого вентиля предоставляется в третьем полупериоде за счет затянувшейся коммутации. Время вос-

Рис. 58. Изменение мощностей, потребляемых от источника (P,i) и передаваемых в нагрузку (Р в) во время пуска преобразователя; па­ раметры схемы; л 0= 2 ,0 ; Э = 2 ,0 ; Л л = 0,05; а = 1 ,8 .

становления колеблется сравнительно слабо, а общая огибающая переходного процесса монотонная (&л=0,1,

• Э = 2,0, л0=2,3, а— 2,5).

Таким образом, в данном случае мы имеем устойчи­ вый пуск, хотя в первый полупериод схема не обеспе­ чивает времени восстановления.

На рис. 57 представлен переходный процесс при ма­

тура). Как видно, при очень большой, как и при малой, нагрузке входной ток носит пульсирующий характер и, начиная с третьего полупериода, может изменить свой знак. Это произойдет в том случае, если на выходе вы­ прямителя имеется емкостный фильтр большой величи­ ны. Без этого фильтра процессы на некоторых времен­ ных интервалах будут определяться только собственным затуханием системы. Очевидно, что при этом, так же как л при наличии фильтра, время восстановления будет ме­ няться незначительно. При наличии фильтра общий характер огибающей переходного процесса колебатель-

134

ный, при отсутствии фильтровой емкости колебания оги­ бающей уменьшаются, так как нет циркуляции энергии между источником и преобразователем.

При сбросах и набросах нагрузки наряду с характе­ ром изменения амплитуд напряжения на вентиле, вре­ мени восстановления и т. д. большой интерес представля­ ет общий вид переходного процесса.

На рис. 58 представлены огибающие переходного процесса для двух величин: мощности, потребляемой от источника,

т_

p d = -у-J2 Ekdt

О

и мощности, передаваемой в нагрузку,

JL

2

Р н — ^ ipUfidt,

о

В левой части рис. 58 изображен характер изменения этих величин во времени в процессе пуска преобразова­ теля с параметрами По=2,0, |3=2,0, Ал= 0,05; а=1,8 (данное затухание соответствует оптимальному режиму работы при минимальном RBx). Как видно, в начале поступающая от источника энергия опережает расходуе­ мую, так как часть ее запасается в реактивных элемен­ тах. К концу переходного процесса эти энергии сравни­ ваются. ‘В данном случае критерием установившегося режима было:

| Рd—pii\/p d<.£-

После установления режима скачком в момент вре­ мени t=nT/2 (п — целое) менялось затухание. Рассмат­ ривались два случая: рост затухания с а — 1,8 до а=3,6, уменьшение затухания с а= 1,8 до а = 0,9. Оба эти режи­ ма соответствуют большему R Bx, чем исходный. В обоих случаях мощность, потребляемая от источника, сначала растет, а потом монотонно падает. Мощность, отдавае­ мая в нагрузку, меняется по иному колебательному за­ кону, причем эти колебания по фазе отстают от колеба­ ний входной мощности, так как вначале резко увеличи­ вается запас энергии в реактивных элементах.

135

На характер переходного процесса' сильно влияют величина входного дросселя и запасенная в нем энергия, с ростом дросселя колебательный характер огибающей' выявляется резче. Различный характер огибающих вход­ ной мощности и мощности, отдаваемой в нагрузку, в пе­ реходном процессе определяется нелинейной природой преобразователя частоты, и его необходимо учитывать при разработке системы регулирования.

13. Промышленные установки со статическими преобразователями частоты

В настоящее время одним из наиболее перспективных управ­ ляемых вентилей с односторонней проводимостью является тиристор. При соблюдении номинальных режимов он имеет практически не­ ограниченный срок службы. Тиристоры обеспечивают мгновенную готовность схемы для включения, что делает их весьма перспектив­ ными в системах, требующих быстрой реакции на возмущение. Без­ условно, эти преимущества являются весьма существенными и при улучшении качества современных тиристоров они обеспечат данному типу приборов доминирующее значение в силовых схемах с коммутирующими элементами. Описание тиристоров и схем управ­ ления ими достаточно подробно освещено в [Л. 35].

К сожалению, данные тиристоров, выпускаемых в настоящее время, не позволяют создать инверторы на весь спектр звуковых частот и мощностей. Для создания преобразователей большой мощ­ ности необходимы мощные высокочастотные тиристоры, позволяю­ щие создать на четырех вентилях преобразовательную ячейку на мощность не менее 100 кет в диапазоне частот до 2,5 кгц. Поэтому в настоящее время большое внимание по-прежнему обращается на применение ионных вентилей, имеющих большую перегрузочную способность. К таким вентилям относятся игнитрон (ИПЧ-300), разработанный ВЭИ, и экситрон (Э1-150/7А). В данной работе затронуты схемы, которые могут быть выполнены при использова­ нии любого типа вентиля. Однако конкретные разработки большин­ ства новых схем были сделаны на существующих типах ионных вентилей.

В настоящее время имеется несколько разработок статических преобразователен, уже освоенных промышленностью. Среди первых разработок в СССР следует упомянуть преобразователь, разрабо­ танный во Всесоюзном электротехническом институте им. В. И. Ле­ нина. Принципиальная схема преобразователя представлена на рис. 59. Преобразователь выполнен по параллельной схеме инвер­ тора тока. В установку входят два инвертора по 700 кет с частотой 1 000 гц. Схема имеет независимое возбуждение, в качестве комму­ тирующих приборов используются двуханодиые игнитроны ИПЧ-6 и внутреннее звено однотактного трехфазного выпрямителя. Каж­ дая пара вентилей работает 1/3 периода промышленной частоты. Регулируя начало подачи напряжения на сетки игнитронов, можно осуществлять регулирование мощности инвертора. Для получения приемлемого коэффициента искажения от сети происходит одно­ временное питание двух инверторов, внутреннее выпрямление кото­ рых может происходить по шестифазной схеме с уравнительным

136

к - 7 5 0 8

Рис. 60. Принципиальная схема преобразователя мощностью 630 кет, 1 000 гц.

1 3 7

реактором. Специальное устройство обеспечивает пуск инвертора, ибо при больших дросселях (т. е. в наиболее выгодном режиме) пуск преобразователя является неустойчивым [Л. 6]. Недостатками такого инвертора являются невозможность использования его в си­ стеме централизованного питания, а также большой уровень иска­ жений потребляемого тока при регулировании.

Статический преобразователь на тиристорах Таллинского элек­ тротехнического завода им. Калинина предназначен для питания нагревательных постов (рис. 60). Силовая часть преобразователя является классическим параллельным инвертором. Преобразователь­ ный .мост имеет 120 тиристоров типа ТЛ-2-150 по 30 штук в плече (10 параллельных цепочек по 3 последовательно соединенных ти­ ристоров). Вследствие чувствительности к изменению нагрузки за- водом-изготовителем тщательно отработана система управления ин­ вертором и выпрямителем. В схеме предусмотрена система слеже­ ния за временем, предоставляемым вентилю на запирание при изменении сопротивления нагрузки. При этом происходит непрерыв­ ное изменение частоты. Если такое изменение частоты связано с увеличением напряжения на элементах схемы, то автоматически происходит уменьшение выпрямленного напряжения. Система может работать только при индивидуальном питании и не работает в схе­ мах централизованного питания, т. е. работа на несколько постов

тель представляет собой источник питания индукционных установок, собранный по схеме с удвоением частоты и встречными вентилями, подробно описанный в предыдущей главе. Широко распространен­ ное требование на частотах порядка 1 000 гц — иметь источники с выходной мощностью порядка 500— 1500 кет— заставило спроек­ тировать преобразователь в виде двух блоков по 800 кет. Установка получает питание от сети с напряжением (10—6) кв, что обеспечи­ вает стабильность питающего напряжения.

Установка питается от трехфазной сети через силовой транс­ форматор мощностью 1 850 кв •а, собранный по шестифазной схеме с уравнительным реактором. В целях унификации выпрямитель со­ бран па тех же экситронах Э1-150-7А, что и инверторная схема. Выпрямитель имеет шестифазную схему выпрямления на напряже­ нии 3 300 в и обеспечивает постоянный ток до 500 а. Для защиты установки и точной стабилизации выходного напряжения выпрями­ тель сделан регулируемым. На сетки экситронов выпрямителя через диоды подаются импульсы от сеточных трансформаторов. Цепь с диодами обратной полярности пропускает ток во время деиониза­ ции и служит источником постоянного смещения.

Формирование и регулирование сеточных импульсов происхо­ дит в блоке регулирования и стабилизации анодного напряжения. Эти импульсы усиливаются тиристорным усилителем. В анодные цепи этих тиристоров включены обмотки сеточных трансформаторов. При подаче импульса на управляющий электрод тиристоров пред­ варительно заряженные емкости разряжаются, и импульс разряд­ ного тока трансформируется на сетки экситронов. Защита построена на принципе прекращения подачи управляющих сигналов, что дости­ гается включением тиристора защиты. У этого тиристора управляю­

139