На рис. 14.1 зображена схема перетворювача частоти з послідовним з’єднанням по три інвертора в кожній фазі навантаження [64], [88], [91].

Рис. 14.1 Схема перетворення частоти з послідовним з’єднанням трьох інверторів в кожній фазі навантаження

У відповідності зі схемою рис. 14.1 перетворювач частоти містить багатообмоточні трансформатор і випрямно-інверторний перетворювач.

Перетворювач частоти отримує живлення від джерела напруги, який містить трифазну систему ЕРС esn (П – номер фази) та індуктивності ls. Джерело має фазні напруги usn і струми isn. Він забезпечений регулятором чинного напруги. На вхід регулятора надходять сигнали по миттєвим значенням напруг фаз, на виході регулятора формується амплітуда фазних ЕРС мережі Esm.

Трансформатор має одну первинну обмотку і 9 вторинних обмоток (на малюнку фази пронумеровані в первинній обмотці від 1 до 3, у вторинних обмотках від 1 до 27). У первинній обмотці струми фаз рівні струмів мережі isn. У вторинних обмотках трансформатора струми рівні in (n = 1, 2,.. 27).

Вторинні трифазні обмотки трансформатора мають взаємні зрушення по фазі на 20 ел. град, для забезпечення 18-імпульсні режими роботи перетворювача по відношенню до мережі живлення.

Трансформатор може бути виконаний трехстержневим. При цьому фази первинної обмотки і фази однієї третини вторинних обмоток можуть бути виконані таким чином, щоб кожна фаза цих обмоток розміщувалася на одному стержні магнітопроводу. Використання активних матеріалів цих обмоток не погіршується в порівнянні з трехфазно-трифазним трансформатором. Одна третина вторинних обмоток зрушена по фазі на 20 ел. град. Ще одна третина вторинних обмоток зрушена по фазі на 40 ел. град. Ці зрушення забезпечуються при розміщенні частини витків кожної фази на одному стрижні і частини витків – на іншому стрижні. Загальне число витків цих обмоток збільшується в 1,137 раза відповідно до рис. 14.3.

Рис. 14.11 Напруги і струми в схемі рис. 14.1 при ступінчастому зміні опорних напруг

Таблиця 14.2 Результати аналізу струмів і напруг в схемі рис. 14.1 при ступінчастому зміні опорних напруг

Фазна напруга мережі, В Коефіцієнт спотворення синусоидальности

3454.743

0.003427

Частоти гармонік, Гц

Діючі значення

Фази, гр.

50

3454.723

-0.2742

Фазний струм мережі, А

101.391

Коефіцієнт спотворення синусоидальности

0.01736

Частоти гармонік, Гц

Діючі значення

Фази, гр.

50

101.376

-18.8572

Фазне напруги вторинної обмотки тр-ра, В

324.840

Ток 1 фази вторинних обмоток тр-ра, А

106.555

Ток 2 фази вторинних обмоток тр-ра, А

131.962

Ток 3 фази вторинних обмоток тр-ра, А

138.484

Ток 4 фази вторинних обмоток тр-ра, А

115.563

Ток 5 фази вторинних обмоток тр-ра, А

117.758

Ток 6 фази вторинних обмоток тр-ра, А

141.352

Ток 7 фази вторинних обмоток тр-ра, А

130.545

Ток 8 фази вторинних обмоток тр-ра, А

109.805

Ток 9 фази вторинних обмоток тр-ра, А

143.171

Випрямлений струм 1 діодного моста, А

158.207

Випрямлений струм 2 діодного моста, А

156.981

Випрямлений струм 3 діодного моста, А

160.974

Діючий струм у плечі 1 інвертора, А

174.864

Середній струм, А

77.084

Максимальний струм, А

342.658

Мінімальний струм, А

-342.308

Ток 1 конденсатора, А

Частоти гармонік, Гц

Діючі значення

Фази, гр.

70

18.814

-64.7981

80

25.423

-113.1489

100

161.263

47.2426

300

20.128

-70.1724

Напруга 1 конденсатора, В

730.807

Фазна напруга навантаження, В

1734.494

Коефіцієнт спотворення синусоидальности

0.1225

Частоти гармонік, Гц

Діючі значення

Фази, гр.

50

1721.422

-2.1848

Фазний струм навантаження, А

240.175

Коефіцієнт спотворення синусоидальности

0.01239

З таблиці 14.2 видно, що при ступінчастому зміні опорних напруг випрямлені струми діодних мостів практично однакові. Внаслідок цього зменшилися також відмінності в фазних токах вторинних обмоток трансформатора. При цьому ступеневу зміна опорних напруг вплинуло лише на розподіл струмів у внутрішніх контурах перетворювача і практично не позначилося на формі струмів і напруг на вході і виході.

Слід зазначити характерну особливість схеми рис. 14.1, яка полягає в тому, що основні гармонійні складові струмів конденсаторів мають подвійну частоту по відношенню до частоти струмів на виході перетворювача. Це обумовлено застосуванням в перетворювачі однофазних мостових інверторів. При зниженні частоти вихідного струму перетворювача знижується і частота струмів в конденсаторах і відповідно збільшуються пульсації випрямленої напруги. Для зменшення пульсацій випрямленої напруги необхідно значне збільшення ємності конденсаторних батарей в ланцюгах випрямлених струмів в порівнянні зі схемами, в яких використовуються трифазні інвертори.

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