Преобразовательные агрегаты

ПРАКТИКА

3_01_Преобразовательные агрегаты используются для питания разного роды высокочастотных устройств, например, транспортных электродвигателей, низковольтных и высоковольтных устройств специального (сварочные аппараты, источники питания электрофильтров пылеочистки), бытового назначения. Высокочастотные агрегаты имеют значительно меньшие габариты, чем работающие на частоте 50 Гц или 60 Гц при той же мощности . Высокочастотный преобразовательный агрегат, построенный по принципу резонансного инвертора имеет максимально возможное электрическое КПД. Упрощённая электрическая схема представлена на рис. 3.01.1. Рабочая частота инвертора выбирается близкой к собственной резонансной частоте нагрузки.

а)

б)

Рис. 3.01.1. Упрощенная электрическая схема резонансного инвертора.

Z – полупроводниковый ключ; а – мостовой инвертор; б – полумостовой инвертор.

Формирование высокочастотного напряжения синусоидальной или прямоугольной формы с помощью коммутирующих транзисторов. Формирование выходного высокочастотного напряжения осуществляется путём поочерёдной синхронной коммутации пар транзисторов (Z₁+Z₄) и (Z₂+Z₃) по мостовой схеме (рис. 3.01.1_а) или Z₁ и Z₂ по полумостовой схеме (рис. 3.01.1_б). На выходе инвертора можно получить как переменное высокочастотное, например, для питания электродвигатель так и постоянное напряжение. для питания полупроводниковых приборов или высокое для питания магнетронов..

На рис. 3.01.2. представлены процессы в электрической схеме происходящие при формировании переменного напряжения из постоянного в инверторе.

а)

б)

в)

г)

Рис. 3.01.2. Процессы происходящие при формировании переменного напряжения из постоянного.

а, б – мостовой схемы положительная и отрицательная полуволна;в, г, г – полумостовой схемы положительная и отрицательная полуволна; красным цветом – н направление тока от источника питания;синим цветом – направление тока от вспомогательного делительного конденсатора.

В полумостовой схеме при формировании положительной полуволны текут два тока:

1. ток частичного разряда конденсатора С2 (уменьшение напряжение от уровня 1/2 Uпит);

2. ток подзаряда конденсатора С3 (увеличение напряжения от уровня ½ Uпит).

При формировании отрицательной полуволны – наоборот:

1. ток частичного разряда конденсатора С3 (уменьшение напряжение от уровня 1/2 Uпит);

2. ток подзаряда конденсатора С2 (увеличение напряжения от уровня ½ Uпит).

Развитие силовой высокочастотной полупроводниковой техники позволило широко применять преобразовательные агрегаты, например, в бытовой электронике для питания магнетронов СВЧ-печек. Для бытовых нужд, например, наиболее распространённая схема (рис.3.01.3.) полумостового инверторного на частоту 30 кГц блока питания магнетрона мощностью 1 кВт (на разрешённую СВЧ частоту 2,45 ГГц для технологических установок, сотовый телефон на частоте около 1 ГГц). Содержит сетевой выпрямитель, дроссель и емкостной накопитель, транзисторный инвертор, выходной трансформатор, выпрямитель, обеспечивающий питание катода магнетрона напряжением -4 кВ (анод заземлён).

Рис. 3.01.3. Инверторный блок питания магнетрона (2,45 ГГц) мощностью 1 кВт для СВЧ печки

3_02_Для преобразования частоты 50 Гц в частоту 60 Гц или наоборот, используются инверторы с широтно-импульсной модуляций (ШИМ). Например, основной инвертор генерирует частоту 2000 Гц и выдаёт напряжение в виде прямоугольных импульсов. Если ширина этих импульсов будет изменяться с частотой 50 Гц при постоянстве амплитуды, то на выходе мы получим напряжение 50 Гц, а если с частотой 60 Гц, то частоту 60 Гц. Изменяя амплитуду этих импульсов можно изменять амплитуду выходного напряжения частотой 50Гц или 60Гц, соответственно. А если ввести в систему управления обратную связь, которая будет автоматически изменять амплитуду и ширину импульсов, то получится высокостабильный источник с той частотой, которая нам нужна. Идеология формирования выходного низкочастотного напряжения из высокочастотного представлена на рис. 3.02.1.

Рис. 3.02.1. Осциллограмма напряжения в сети и структура ШИМ;

1 – напряжение сети; 2 – на управляющем электроде первой пары транзисторов инвертора мостовой схемы V₁₀ и V₁₁; 3 – на управляющем электроде второй пары транзисторов V₉ и V₁₄.

Аналогичное регулирование можно получить, если изменять не ширину импульсов, а внутреннюю частоту инвертора (рис. 3.02.2.). Такое регулирование известно как частотно-импульсное регулирование (ЧИМ).

Рис. 3.02.2. Осциллограмма напряжения в сети и структура ЧИМ.

Такой инвертор-преобразователь состоит из регулируемого выпрямителя, емкостного накопителя полумостового или мостового инвертора на транзисторах, высокочастотного силового трансформатора, фильтра нижних частот и системы управления (рис. 3.02.3.).

Рис. 3.02.3. Электрическая схема сетевого инвертора с ШИМ управлением.

На этом же принципе построения выходного напряжения построены преобразователи для питания частотно-регулируемых трёхфазных асинхронных двигателей. Путём изменения частоты изменяется скорость их вращения. Для сохранения электрического КПД двигателей автоматически, с изменением частоты, меняется амплитуда.

Преобразовательные агрегаты обеспечивают получение постоянного или переменного выходного напряжения, практически любой частоты от 50Гц до 30 000 Гц, при использовании ШИМ для питания, например, высоковольтных электростатических фильтров пылеочистки тепловых электростанций (ТЭС).

Агрегаты для питания электрофильтров (рис. 3.02.3.6) содержат силовой сетевой выпрямитель с первичным накопителем постоянного напряжения, электролитическим конденсатором (рис. 3.02.3_а), высокочастотный инвертор на транзисторах или тиристорах, высокочастотный трансформатор с сердечником на основе аморфного железа 1000…5000 Гц (очень тонкая сталь с малыми магнитными потерями, намотанная в виде тора) или феррита 5000…30000 Гц (спрессованного очень мелкого порошка магнито мягкого железоникелевого сплава с керамическим порошком) (рис. 3.02.3_б), высокочастотный выпрямитель (полупроводниковый) с вторичным накопителем, электрическим высоковольтным конденсатором с малыми потерями, выходной сетевой высокочастотный фильтр низкой частоты (по отношению к рабочей, промежуточной) (рис. 3.02.3_в). Трёхфазный выпрямитель собранный по схеме Ларионова обеспечивает наиболее эффективное выпрямление переменного напряжения (наилучшее качество), характеризующееся минимально возможным коэффициентом пульсаций «К». (Коэффициент пульсаций «К» – отношение действующего значения переменного напряжения пульсаций к действующему значению выпрямленного постоянного напряжения, выраженное в процентах).

Рис. 3.02.3_а Силовой сетевой выпрямитель с первичным накопителем постоянного напряжения, электролитическим конденсатором

Рис. 3.02.3_б Высокочастотный инвертор на транзисторах, высокочастотный трансформатор

Рис. 3.02.3_в Высокочастотный выпрямитель (полупроводниковый) с вторичным накопителем.

Полная схема высокочастотного источника питания электрофильтра пылеочистки представлена на схеме рис. 3.02.4.

Рис. 3.02.4. Высокочастотный преобразователь напряжения.

φ₁…φ₃ – сдвинутые по фазе управляющие сигналы тиристоров; τ₁… τ₄ – сдвинутые по фазе сигналы управления высокочастотными транзисторами по световодам; V₁…V₃, V₇…V₈, V₁₁…V₁₂ – силовые сетевые диоды на напряжение до 1000 В; V₄…V₆ – силовые сетевые низкочастотные (100 Гц) тиристоры на напряжение до 1000 В; V₉…V₁₀, V₁₃…V₁₄ – силовые сетевые высокочастотные (500 кГц) полевые транзисторы;V₁₅…V₁₈ – силовые высокочастотные диодные сборки на напряжение более 300 кВ; С_ф – конденсаторы фильтра нижних часто; С_бл – клнденсаторы блокировки; R₁-R₂ – резисторы высоковольтного делителя; Др – дроссель; I_нагр – датчик тока на высоком потенциале.

Применение преобразователей напряжение сетевой частоты в переменное с другой частотой значительно превышающей сетевую 50 Гц, например 12…30 кГц позволяет значительно снизить габариты устройств, а если получать постоянное напряжение, то величина электрической ёмкости фильтров и коэффициент пульсаций будет значительно ниже.. Их применение позволяет существенно не только существенно снизить массогабаритные показатели силовых трансформаторов, но и снизить себестоимость из-за экономии меди и железа, а также осуществлять плавную регулировку выходного напряжения электронным способом путём изменения ширины импульсов управления транзисторами. Чем больше рабочая частота, тем меньше габариты, однако сложность агрегатов существенно повышается. Например, для дуговых плавильных печей, источников высоковольтного питания постоянного напряжения электрофильтров применяются трансформаторы типа ТДНП – 10 000…40 000/ 10…35 или трёхфазные с РПН.

Практически преобразователи изготавливаются по индивидуальным техническим заданиям для конкретного заказчика. Например, для питания электрофильтров пылеочистки разработан отечественный преобразователь первого поколения (ФГУП ВЭИ Москва) на выходное постоянное плавно регулируемое напряжение от 1 кВ до 100 кВ при токе до1,2 А типа ВИП 80к-1 (рис. 3.02.5.).

а) б)

Рис. 3.02.5. Внешний вид источника опытного образца Российского высоковольтного источника питания ВИП-80к-1 электрофильтра пылеочистки с высокочастотным преобразователем на частоте 12 кГц на напряжение -100 кВ и ток до 1,2 А, двухсекционный, внутренней установки в помещении подстанции электрофильтровой.

а) сетевой инвертор на частоту 12 кГц; б) трансформаторно-выпрямительный блок на напряжение 100 кВ, ток 1,2А.

На такую же мощность и напряжение питания (прототип Швеции) с высокочастотным преобразователем на частоте 30 кГц, но трётьего поколения значительно компактнее отечественного (рис.3.02.6). Обеспечивает постоянное напряжение питания электрофильтра пылеочистки на напряжение –100 кВ и ток 1А, внешней установки на крышке электрофильтра.

Рис. 3.02.6. Шведский источник ALSTOM (3 поколение), наружной установки

1 – сетевой выпрямительный, инверторный и высоковольтный трансформаторно-выпрямительный блок; 2 – сетева колодка

Дата добавления: 2015-06-30; просмотров: 1528; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!