|
Промышленный выпуск тиристоров на
большие токи и высокие напряжения, обладающих значительными преимуществами по
сравнению с тиратронами и управляемыми ртутными вентилями, открывает широкие
возможности к созданию компактных статических преобразователей частоты (СПЧ)
и их применению в различных областях народного хозяйства. В авиационной
технике СПЧ могут найти применение как в стационарных системах
централизованного электроснабжения самолетов, так и в передвижных установках,
где требуется переменный ток различных частот от 400 до 1000 гц.
Бортовое оборудование самолетов представляет собой
комплексную нагрузку для преобразователей с двигательными и статическими
потребителями, коэффициент мощности которых изменяется в широком пределе. Для
такой нагрузки лучше всего подходят СПЧ, имеющие явно выраженное звено
постоянного тока и автономный параллельный инвертор с устройством для
возврата реактивной энергии нагрузки. В качестве звена постоянного тока
обычно применяется управляемый выпрямитель на тиристорах, собранный по
трехфазной мостовой схеме.
Параллельный инвертор с возвратом реактивной энергии
Автономный параллельный инвертор для частот, не
превышающих 1000 гц, имеет значительно лучшие параметрические и
габаритно-весовые характеристики по сравнению с последовательным и
параллельно-последовательным инверторами. Форма выходного напряжения его мало
отличается от синусоидальной (во всех режимах работы.
Принцип действия параллельного инвертора удобно
рассмотреть на простой однофазной схеме ( 64).
Коммутирующая емкость С1 включена параллельно
нагрузке '(нагрузка включена в первичную обмотку согласующего
трансформатора). «Плюс» источника постоянного тока подключен к средней точке
вторичной обмотки трансформатора, а «минус» через дроссель L (необходимый для
улучшения коммутации тиристоров и предотвращения чрезмерных бросков входного
тока) — к катодам тиристоров. Для надежной работы инвертора при большом
изменении величины и коэффициента мощности нагрузки в его схему введены диоды
обратной связи Д1 И Д2.
При подаче управляющего импульса тиристор ПП1 откроется,
ток пойдет через левую половину обмотки трансформатора и дроссель L. На
конденсаторе С1 и аноде тиристора ПП2 благодаря автотрансформаторному эффекту
напряжение достигнет двойного значения источника питания Е. Включение ПП2
присоединит конденсатор С1 к ПП1 в
обратном направлении и приведет к его выключению. При
включении ПП1 цикл повторяется.
Когда конденсатор С1 и дроссель L, работая в колебательном
режиме, создадут отрицательные напряжения на анодах тиристоров ПП1 и ПП2, в
этот момент обратные диоды Д1 и Д2 откроются и Z./2энергия —— , накопленная в
дросселе, возвратится к источнику.
При индуктивной нагрузке ток в первичной цепи
трансформатора не может мгновенно изменить направление, поэтому во вторичной
цепи возникает ток, равный приведенному току нагрузки, который проходит через
обратные диоды Д1 и Д2 и возвращается к источнику до тех пор, пока ток
нагрузки не изменит своего направления.
При нормальной работе схемы источник постоянного тока
должен обладать малым сопротивлением для переменной составляющей, поэтому на
выходе источника ставится конденсатор С2 достаточно большой емкости.
К основным преимуществам данной схемы следует отнести ее
способность устойчиво работать при малых нагрузках и даже в режиме холостого
хода (сброс нагрузки), что часто имеет место при отработке бортовых систем
самолета.
Статический преобразователь частоты Ю-12/400—123
Назначение и устройство. Статический преобразователь
частоты (СПЧ) ТО-12/400-123 служит стабилизированным источником питания
бортовых сетей самолета однофазным переменным током с широким диапазоном
изменения частот. Им преобразуется трехфазное напряжение 380 в и 50 гц
промышленной сети в однофазное стабилизированное напряжение 120 в, 400—900
гц.
Преобразователь смонтирован в едином блоке ( 65),
изготовленном из сварного алюминиевого каркаса 1. Сплошными перегородками
каркас разделен на четыре отсека. Три отсека, в которых выделяется много
тепла, имеют принудительную воздушную вентиляцию.
Управление преобразователем производится с выносного
пульта, который соединяется с блоком СПЧ с помощью жгута и штепсельного
разъема. На пульте смонтированы все необходимые органы управления,
сигнализации и измерительные приборы, контролирующие величину тока нагрузки.
Основные технические данные преобразователя приведены в приложении 2.
На 66, а приведена структурная схема СПЧ, а на 66, б —
его упрощенная принципиальная схема без узлов регулирования и защиты.
Преобразование осуществляется следующим образом. Входное
трехфазное напряжение через контактор (К) Р1 и трансформаторы Тр1—ТрЗ токовой
защиты ТЗ подается на вход управляемого выпрямителя УВ, состоящего из
тиристоров ПП1—ПП6. К выходу выпрямителя подключен Г-образный фильтр Ф1,
необходимый для
уменьшения модуляции выходного напряжения инвертора.
Выпрямленное напряжение подается на вход инвертора И, который выполнен по
мостовой схеме на четырех тиристорах ПП7 — ПП10 и в диагональ которого
включен выходной трансформатор Тр, согласующий параметры сети с нагрузкой и
обеспечивающий гальваническую развязку выходного напряжения с источником
питания СПЧ. Включение согласующего трансформатора в цепь повышенной
(преобразованной) частоты позволяет значительно
уменьшить вес и габариты преобразователя.
Коммутирующая емкость С1 включена на вторичной стороне
выходного трансформатора Тр4, а преобразованное напряжение фильтруется фильтром
Ф2, состоящим из последовательного (Др5, С2, СЗ, С4) и параллельного (Дрб,
С5, С6, С7) звеньев.
Элементы фильтра при работе на разных частотах
переключаются контакторами Р2, РЗ, Р4 и остаются настроенными в резонанс на
каждой частоте. -Регулирование выпрямителем осуществляется через систему
управления тиристорами СУВ, выполненную на магнитных усилителях. Системой
управления инвертором СУ И подаются импульсы управления на тиристоры
инвертора с заданной стабилизированной частотой.
Измерительным органом ИО производится сравнение величин
выходного и опорного напряжений, а с помощью регулятора напряжения РН —
воздействие на систему управления выпрямителя.
Преобразователь снабжен блоками защиты от повышения
напряжения ЗПН и защиты от понижения частоты ЗПЧ, предназначенными для
обеспечения защиты потребителя от аварийного повышения напряжения и от
недопустимого понижения частоты.
Работа инвертора. В преобразователе применен параллельный
инвертор с коммутирующей емкостью и обратными диодами, включенными по
однополупериодной мостовой схеме.
При включении тиристоров ПП9 и ПП10 (см. 66„ б) ток
потечет по первичной обмотке трансформатора от точки 1 к точке 2. Во
вторичной обмотке появится э.д.с. и зарядит конденсатор С1 до напряжения,
равного выпрямленному. С подачей управляющих импульсов на тиристоры ПП7 и ПП8
за счет перезарядки конденсатора С/ к тиристорам ПП9 и ПП10 будет подано
обратное напряжение. Ток, текущий через тиристоры ПП9 и ПП10, станет ниже
удерживающего тока, и тиристоры закроются. В связи с этим ток в нагрузке
сменит свое направление, благодаря чему конденсатор С1 зарядится обратной
полярностью. С отпиранием тиристоров ПП9 и ПП10 весь процесс, связанный с
зарядкой емкости, повторится.
Таким образом, частота переменного напряжения на выходе
инвертора определяется только частотой управляющих импульсов и совершенно не
зависит от нагрузки.
При включении обратных вентилей Д1—Д4 напряжение нагрузки
выравнивается с напряжением питания через обратный выпрямитель.
При превышении переменного напряжения на выходе инвертора
над приведенной величиной постоянного напряжения начинает протекать ток через
обратный выпрямитель Д1—Д4. Этот ток является нагрузкой для инвертора при
малой мощности потребителя со стороны переменного напряжения. Вентили Д1—Д4 в
этом случае работают в режиме выпрямителя на источник постоянного тока, в
данном случае на конденсатор С. Тем самым стабилизируется внешняя
характеристика инвертора и уменьшается необходимая краткость регулирования.
Обратные вентили включены на отводы трансформатора Тр4.
Это позволяет уменьшить величину тока через вентили в режиме холостого хода.
Выходной фильтр. Для снижения коэффициента гармоник
выходного напряжения на всех частотах до уровня, не превышающего 10%, в
преобразователе предусмотрены специальные фильтры. На выходе инвертора
включен последовательно параллельный резонансный фильтр: последовательное
звено Др5, С2, СЗ, С4 и параллельное звено Дрб, С5, С6, С7. Звенья фильтров с
помощью переключения настраиваются в резонанс на соответствующую частоту.
При резонансной частоте последовательное звено имеет
минимальное сопротивление, а параллельное — максимальное (фильтр- пробка).
Таким образом, напряжение основной частоты свободно проходит через
фильтр.-Для составляющих высших частот последовательное звено представляет
эквивалентную индуктивность, параллельное— эквивалентную емкость, а оба звена
— эквивалентный Г-образный фильтр.
Причем с повышением частоты коэффициент затухания
увеличивается.
Для составляющих низших частот назначение звеньев меняется
местами, и выходной фильтр работает на выделение основной частоты инвертора.
Системы управления и защиты. Управление включением
тиристоров выпрямителя и инвертора может выполняться различными схемами,
которые достаточно подробно изложены в специальной литературе. В
преобразователе ТО-12/400-123 система управления выпрямителем (СУВ) собрана
на магнитных усилителях. Момент насыщения (МУ) можно менять, изменяя его
подмагничивание постоянным током. Увеличение тока, протекающего через обмотку
управления, приводит к насыщению МУ и опережению фазы управляющих импульсов,
что в свою очередь увеличивает выходное напряжение выпрямителя.
Система управления инвертором (СУИ) состоит из
мультивибратора, с помощью которого генерируются управляющие импульсы.
Мультивибратор стабилизирован LC генератором, изменяя индуктивность которого,
можно менять частоту выходного напряжения инвертора. Управляющие импульсы
подаются на тиристоры инвертора через выходной трансформатор.
Регулятор напряжения — комбинированный, воздействующий на
СУВ как по величине отклонения напряжения, так и по величине тока (компаундирование).
Опорное напряжение измерительного органа стабилизируется
стабилитроном.
В преобразователе предусмотрена защита от коммутационных
перенапряжений, коротких замыканий, всплесков выходного напряжения,
длительного повышения напряжения, понижения частоты выходного напряжения ниже
380 гц и отключения вентиляции.
Коммутационные перенапряжения на тиристорах выпрямителя и
инвертора, а также на обратных диодах могут возникать при скачкообразном
изменении нагрузки, что часто имеет место во время питания бортовых сетей
самолетов.
Для гашения таких перенапряжений параллельно тиристорам и
диодам включаются RC цепочки (на 66 не показаны).
При коротких замыканиях (опрокидывании) инвертора или же
перегрузках увеличивается ток, протекающий через трансформаторы Тр1—ТрЗ. Этим
током создают падение напряжения на потенциометрах СУВ и СУИ и выдают команды
на запирание тиристоров выпрямителя и на выключение линейного контактора Р1.
Защита потребителей от длительного повышения напряжения и
недопустимого понижения частоты производится специальными блоками ЗПН и ЗПЧ,
которыми включается преобразователь при недопустимых отклонениях от нормы
контролируемых параметров, и включают табло на пульте управления,
сигнализирующее об аварийном состоянии преобразователя.
|