Переваги перетворювачів частоти з активними випрямлячами вказані в § 8. Переваги трирівневих інверторів і випрямлячів вказані в § 4 і § 5. Багато фірм використовують переваги цих пристроїв в трирівневих перетворювачах частоти [15], [43], [77], [78].

На рис. 10.1 представлена ​​схема з перетворювачем частоти з трирівневим транзисторним випрямлячем і трирівневим інвертором напруги.

Рис. 10.1 Схема перетворювача частоти з трирівневим активним випрямлячем і трирівневим транзисторним інвертором

У схемі рис. 10.1 живить мережа представлена ​​трифазним джерелом напруги, який містить фазні ЕРС esn (N = 1, 2, 3) і фазні індуктивності ls. Трифазний джерело має фазні напруги usn і фазні струми isn. У схемі зображено також пропорциональноинтегральный регулятор чинного напруги мережі. На вхід цього регулятора надходять сигнали по миттєвим значенням напруг мережі. На виході регулятора формується амплітуда фазних ЕРС мережі Esm.

Між трифазним джерелом і трирівневим транзисторним випрямним мостом включений трифазний дросель з індуктивностями фаз 1др і активними опорами фаз гдр-

В транзисторному випрямлячі uvn – Фазні напруги моста, ivnm – Струми в плечах (n = 1, 2, 3, m = 1, 2, 3, 4),

ijnb ijn2 ~ ~ струми в діодах випрямляча, підключених до точки з’єднання один з одним конденсаторів, idvi , idV2, idv3 – випрямлені струми позитивного середнього і негативного полюсів випрямляча.

У ланцюзі випрямлених струмів urci і іГС2 – Напруги конденсаторів, зь гсь icb з2, rc2, ic2, – Ємності, активні опори і струми конденсаторів, rzl, rz2, iz]. iz2 – Активні опори і струми ланцюгів захисту від перенапруг.

У инвертор idib idl2, IdB – випрямлені струми, imm – Струми в плечах моста (п – номер фази, m

– Номер плеча моста), ikni, ikn2 – струми в діодах, підключених до точки з’єднання один з одним конденсаторів, un – Напруги фаз інвертора, in – Струми фаз інвертора.

В навантаженні гн, 1н – Активні опори й індуктивності фаз.

У схемі рис. 10.1 перетворювач частоти містить систему управління СУ. У систему управління надходять сигнали по напруженням usn і струмів isn мережі, за напруженням конденсаторів іГС1 і ігс2, по струмам навантаження in. На виході системи управління формуються імпульси управління ІУ транзисторами.

Система управління забезпечує:

підтримання на заданому рівні напруг конденсаторів;

підтримання синусоїдальної форми струму, споживаного з мережі живлення;

підтримання заданого коефіцієнта потужності електроенергії, споживаної з

мережі;

підтримання чинного струму навантаження на заданому рівні.

Математичний опис схеми здійснюється при поділі її на взаємопов’язані підсхеми. Для виконання цієї процедури здійснюється заміна конденсаторів залежними джерелами напруги urci і іГС2 відповідно до виразами (9.1). Потім залежні джерела напруги переносяться в інші гілки схеми. При цьому джерело urci переноситься в ті галузі, які з’єднуються один з одним в позитивному полюсі ланцюга випрямленої напруги, а джерело 1ягс2 переноситься в ті галузі, які з’єднуються в негативному полюсі. В результаті вихідна схема розділяється на підсхеми, зображені на рис. 10.2.

Рис. 10.2 Поділ схеми з активним випрямлячем і трирівневим транзисторним інвертором на підсхеми

Токи izi і iz2 в ланцюгах захисту від перенапруг визначаються відповідно до виразами (9.7).

Токи в конденсаторах визначаються наступними виразами:

Математичний опис трирівневої автономного інвертора напруги з системою управління представлено в § 4. Опис трирівневого активного випрямляча з системою управління та мережею живлення з регулятором напруги представлено в § 5.

Програма розрахунку електромагнітних процесів в схемі рис. 10.1 розроблена на основі зазначеного математичного опису (програма 10, представлена ​​на CD).

Як приклад виконано розрахунок за програмою 10 усталеного режиму роботи при наступних вихідних даних. Напруга живильної мережі 1500 В, частота напруги мережі 50 Гц, індуктивність фаз 0,5 мГн. Навантаження перетворювача частоти має активну потужність 800 кВт, повну потужність 1000 кВА, номінальну частоту 50 Гц, номінальна напруга 2080 В. При цьому в навантаженні активний опір фази 3,46 Ом, індуктивність фази 8,26 мГн. На вході перетворювача частоти використовується трифазний дросель з індуктивністю фаз

2 мГн. Ємність кожної конденсаторної батареї перетворювача частоти 10000 мкФ. Частота опорних напруг випрямляча 4000 Гц. Частота опорних напруг інвертора 2500 Гц. За-даний коефіцієнт потужності електроенергії, споживаної з мережі, дорівнює 1. Заданий випрямлена напруга 3300 В. Заданий діючий струм навантаження 277,6 А. Результат розрахунку представлений на рис. 10.3 у вигляді діаграми миттєвих значень струмів і напруг.

Рис. 10.3 Напруги і струми в схемі з перетворювачем частоти з трирівневої випрямлячем і інвертором

У таблиці 10.1 представлені результати аналізу аналізованого режиму роботи перетворювача.

Таблиця 10.1 Результати аналізу струмів і напруг рис. 10.3

Фазна напруга мережі живлення, В Коефіцієнт спотворення синусоидальности

866.194

0.08877

Частоти гармонік, Гц

Діючі значення

Фази, гр.

50

862.774

-4.2233

3800

18.208

-17.7108

4200

19.450

-151.2905

7750

17.039

-86.2876

7950

26.887

19.4395

8050

23.278

-173.4761

Фазний струм живильної мережі, А

310.828

Коефіцієнт спотворення синусоидальности

0.04767

Частоти гармонік, Гц

Діючі значення

Фази, гр.

50

310.474

-2.8956

250

8.458

-129.3933

350

10.722

-171.0789

Випрямлений струм покладе.

полюса випрямить., А

264.950

Частоти гармонік, Гц

Діючі значення

Фази, гр.

150

62.338

145.5952

4000

131.045

95.7593

8000

53.502

-75.2138

Випрямлений струм покладе.

полюса інвертора, А

266.081

Частоти гармонік, Гц

Діючі значення

Фази, гр.

150

80.785

107.5630

2350

31.185

-128.7493

2500

31.223

106.7444

2650

29.613

-29.8882

Ток 1 конденсатора, А

201.310

Частоти гармонік, Гц

Діючі значення

Фази, гр.

150

49.789

-122.9161

2350

33.204

49.9153

2500

33.877

-72.6673

2650

28.695

154.0769

4000

131.087

95.6929

Напруга 1 конденсатора, В

1498.246

Максимальне значення

1508.008

Мінімальне значення

1484.467

Напруга навантаження, В

1246.267

Коефіцієнт спотворення синусоидальности

0.2672

Частоти гармонік, Гц

Діючі значення

Фази, гр.

50

1200.954

-3.4571

2400

141.492

100.5748

2600

151.192

87.7987

4650

87.883

-148.0917

5350

92.057

-16.1970

Струм навантаження, А

277.462

Коефіцієнт спотворення синусоидальности

0.01309

Частоти гармонік, Гц

Діючі значення

Фази, гр.

50

277.438

-40.3439

Пронін М.В., Воронцов А.Г., Силові повністю керовані напівпровідникові перетворювачі (моделювання і розрахунок) / Под ред. Крутякова Е.А. СПб: «Електросила», 2003. – 172 с.