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

угол коммутации монотонно падает с ростом угла регу­ лирования.

Значительных капитальных затрат требует не только создание более мощных сетей, но и компенсация реактив­ ной мощности с помощью конденсаторной батареи на сетевой стороне выпрямительного трансформатора. Счи­ тая, что напряжение питания необходимо изменять в пределах от 0,75 Ed до Ed, a cos сриа первичной сторо­ не не должен быть меньше 0,92, можно определить реак­ тивную мощность конденсаторной батареи. Для преоб­ разовательной подстанции на 10 000 кет необходима ком­

4 до 6 руб. капитальные затраты на батарею составят 22,5 тыс. руб. Кроме того, следует предусмотреть спе­ циальные меры, предотвращающие перегрузку этих кон­ денсаторов по гармоникам.

При широтно-импульсном регулировании напряжения питания преобразователя, как это сделано в фирме «ЕПп» (Австрия), широтно-импульсные регуляторы долж­ ны содержать комплект вентилей, рассчитанных на пол­ ную мощность преобразователей н большое количество накопительных конденсаторных батарей, причем если задачи плавного регулирования выходного напряжения и выравнивания мощности между преобразователями могут легко быть решены за счет регулирования напря­ жения питания преобразователя, то задача плавного ввода и вывода работающего преобразователя без от­ ключения от шин переменного тока остается по-прежпе- му сложной и неисследованной.

Еще меньшей гибкостью обладает способ регулиро­ вания, связанный с включением балластных реактивных контуров на общих шинах переменного тока. Так как регулируется только общая нагрузка на стороне пере­ менного тока, распределение мощности между отдель­ ными, параллельно включенными, преобразователями, а также их плавный ввод и вывод остаются совершенно нерешенными вопросами. Кроме того, включение мощ­ ных балластных контуров связано с дополнительными потерями в контурах. Таким образом, при создании стан­ ции 'больших мощностей, состоящих из параллельно ра­ ботающих преобразователей, приходится отказаться от схем, в которых регулирование осуществляется воздей­ ствием на входное напряжение, ибо это связано либо

146

с созданием громоздких схем шпротно-импульсного -регу­ лирования, либо с применением зарегулированных вы­ прямителей большой мощности, искажающих напряже­ ние в сети и в конечном счете уменьшающих к. п. д. преобразователя.

Вопрос может быть решен, если использовать такие преобразователи, которые допускали бы регулирование за счет сдвига фаз -между основными гармониками вы­ ходной частоты параллельно работающих преобразова­ телей. При этом способе представляется возможным осуществить плавный ввод и вывод одного преобразова­ теля. или даже целой группы во -время работы -станции, если .количество потребителей изменилось в ту или иную сторону.

Этот .метод можно назвать фазовым регулированием на стороне повышенной частоты -переменного тока, имея в виду фазу первых гармоник то-ка, отдаваемого преоб­ разователями. В действительности ток, отдаваемый пре­ образователем -в нагрузку, может быть далек от синусои­ дального, а временной сдвиг задающих импульсов не равен сдвигу первых -гармоник.

Применение фазо-вого регулирования возможно как при последовательной, так и при параллельной -работе нескольких преобразователей на одну общую нагрузку. Исследованию фазового регулирования при последова­ тельном включении преобразователей на стороне повы­ шенной частоты посвящено небольшое число работ [Л. 39], -из которых очевидно, -что данная система наибо­ лее употребительна при питании индивидуальных на­ грузок стабилизированным или регулируемым по задан­ ной программе напряжением.

Несмотря на то, что -последовательное соединение преобразователей с переменным -временным сдвигом между управляющими импульсами дает относительно гибкий способ регулирования, в системах большой мощ­ ности параллельное включение преобразователей -более предпочтительно. Параллельное включение, во-первых, предъявляет менее жесткие требования -к надежности каждого из преобразователей, во-вторых, позволяет пла-вн-о подключать преобразователь малой мощности к системе общих шин переменного тока и перераспреде­ лять нагрузку между .преобразователями. -Последнее особенно важно, так -как позволяет -комплектовать гене­ раторные станции из ячеек любой мощности.

~500-2Шгц

Рис. 63. Структурная схема па^ раллельно работающих СПЧ.

сз —общая схема; б — с питанием от одного выпрямителя и общим дросселем; в — с питанном от одно­

го выпрямителя с раздельными дросселям и.

148

Остановимся более подробно на параллельной работе Иескольк'нх преобразователен с фазовым регулировани­ ем. Структурная схема двух преобразователей П 1 и П2, питающихся от выпрямителей В1 и В2, представлена на рпс. 63. Когда йа вентили, включенные в преобразова­ тельные '.мосты, управляющие импульсы подаются одно­ временно и параметры схем преобразователей одинако­ вы, два преобразователя можно рассматривать как один, но вдвое более мощный. Совсем иное положение возни­ кает, когда импульсы, отпирающие управляемые вентили, приходят на преобразовательные мосты в различные моменты времени. В данном случае система, содержа­ щая два преобразователя и нагрузку, должна рассмат­ риваться как единая кусочно-линейная система в фазо­

вом пространстве (2п+1) измерений, где п — наивысший порядок матрицы линейной цепи одного преобразовате­ ля. Количество интервалов линейности, на которые раз­ бивается период колебаний в этом случае может быть иным, чем у одного преобразователя. Матричная фор­ мулировка метода лрипасовывания, приведенная в § 10, полностью распространяется на данный случай.

Исследование периодических режимов двух или бо­ лее преобразователей, работающих с фазовым сдвигом, значительно усложняется не только благодаря количест­ венному росту порядка системы и числа интервалов ли­ нейности, но и благодаря 'возможности появления вре­ менных интервалов, внутри которых разные вентильные мосты находятся в различных состояниях.

Для того чтобы качественно проанализировать воз­ никающие периодические режимы, воспользуемся мето­ дом фазовых плоскостей, наглядно иллюстрирующим возможность возникновения периодических режимов в системах второго порядка. Устойчивые колебательные процессы изображаются замкнутыми кривыми на фазо­ вой плоскости. В системах выше второго порядка фазо­ вая плоскость превращается в гиперплоскость и все пре­ имущества наглядного рассмотрения плоской кривой теряются; для систем второго порядка этот метод разра­ ботан в [Л. 37].

Наиболее простая схема преобразователя — автоном­ ный параллельный инвертор, нагруженный на ЯС-цепоч- ку, в случае допущения о бесконечности входного дрос­ селя описывается уравнением первого порядка

149

ставлен на рнс. 64. Так как инвертор представляет ку­ сочно-линейную систему, то и фазовый портрет склады­ вается из участков траек­

той нормировке площадь, ограниченная осью X и прямой АВ, пропорциональна напряжению источника питания Ed (коэффициент пропорциональности зависит только от параметра k). Замкнутая кривая АВСДА представляет собой периодический цикл, отображающий колебатель­ ные. процессы в параллельном инверторе. Движение про­ исходит по направлению к центрам равновесия, равным

± 1.

При тех же допущениях (бесконечный входной реак­ тор, мгновенная 'коммутация) рассмотрим вопрос о па­ раллельной работе двух преобразователей с фазовым сдвигом. Допустим, что возможна работа системы пре­ образователей согласно рис. 65. Работа двух преобразо­ вателей от одного источника невозможна из-за корот­ кого замыкания источника. В этом случае, приняв ток одного из источников за 1—а, а другого за а, можно со­ ставить для интервала «противофазной» работы 0—ср и

150