У складі статичних перетворювачів для систем електропостачання, живляться від мереж однофазного змінного струму 220 В 50 Гц і трифазного змінного струму 380 В 50 Гц традиційно використовується вхідний ланка, що здійснює перетворення змінного мережевої напруги в постійне, яке потім трансформується за допомогою керованого високочастотного ланки в змінну напругу імпульсної форми З моменту появи високочастотних перетворювачів вхідна ланка за своїм схемотехнічному побудови не зазнало істотних змін: традиційно воно являє собою каскадне зєднання випрямляча (Мостового або трифазного, керованого або некерованого) і згладжує ємнісного або індуктивно-ємнісного фільтра Розробка таких схем, що називається, «в лоб», може призвести до появи зарядних надструмів, у багато разів перевищують робочі струми споживання Тому розробники силової перетворювальної техніки застосовують заходи різного ступеня складності для повного виключення пускових надструмів або їх зниження до безпечних значень Поговоримо докладніше про ці заходи

У разі розробки малопотужних високочастотних статичних перетворювачів (з вихідною потужністю не більше 200 .. 300 Вт), вхідний ланка, питаемое від однофазної мережі, сроітся по добре відомої найпростішої схемою, показаної на рис 241

Змінна напруга 220 В 50 Гц тут випрямляється доданими мостом VDl .. VD4, пульсації випрямленої напруги згладжуються ємнісним фільтром на основі конденсатора С Оскільки включення перетворювача в живильну мережу може відбутися не тільки в момент, коли мережеве напруга близько до нульового, а й на його амплітуді, зарядний струм конденсатора С може легко вивести з ладу діодний міст, тобто викликати ефект токового пробою, якщо не вжито заходів щодо обмеження цього сверхтока Зрозуміло, що обмеження зарядного струму в умовах близької до нульового импедансу конденсатора С, може відбуватися тільки за рахунок активного опору струмоведучих провідників (яке вкрай мало), а це означає, що, по суті, ніякого захисту від аварійного режиму в такому випадку бути не може Щоб все-таки виключити виникнення аварійного режиму, до складу вхідної ланки вводиться резистор R з невеликим опором, що обмежує зарядний струм Цей спосіб захисту широко використовується в промислових перетворювачах, навіть незважаючи на те, що в робочому режимі резистор R змушений розсіювати теплову енергію, а значить, трохи знижує ККД перетворювача в цілому Методи розрахунку номіналу резистора R добре відомі, і з ними можна познайомитися, наприклад, в [1] і [2]

Коефіцієнт корисної дії (ККД) схеми, показаної на рис 241, можна підвищити, якщо застосувати замість лінійного резистора R нелінійний термістор, опір якого змінюється залежно від температури Що дає застосування термистора При первісному пуску струмовий імпульс розігріває термістор, і його опір різко зростає, забезпечуючи зниження пускового струму У сталому режимі споживання струму термістор відновлює своє малий опір (охолоджується), і теплові втрати зменшуються

Рис 241 Вхідна ланка малопотужних перетворювачів

При розробці потужної перетворювальної техніки істотною стає проблема відведення тепла, що виділяється, тому розробники прагнуть максимально знизити тепловиділення, часто – ціною значного ускладнення схеми побудови Відповідно, описаний вище метод зниження пускових струмів тут доводиться модифікувати Розглянемо докладніше такі модифікації

На рис 242 наведена модифікована схема обмеження пускових надструмів, часто застосовувана в складі перетворювачів з номінальною вихідною потужністю більше 1 кВт Як видно зі схеми, в складі первинного ланки є вже знайомий нам обмежувальний резистор R, але, крім цього, також введені додаткові елементи: контактор K1 подачі мережевої напруги 3 x 380 В 50 Гц реле K2, шунтуючі токоогранічительний резистор R датчик контролю вихідної напруги ДН При первісному включенні замикається контактор K1 і конденсатор С заряджається через ре-

зістор R При цьому величина напруги Uc на конденсаторі С контролюється датчиком напруги ДН Коли напруга Uc досягає величини, необхідної для запуску ланки високочастотного інвертора, замикається реле K2, шунтуючи резистор R, що забезпечує зниження теплових втрат в сталому режимі роботи

Які недоліки даної схеми По-перше, до складу ланки вводяться контактори і реле з потужними контакторами, які повинні допускати проходження струму не нижче номінальної споживаної величини По-друге, зявляється додаткова електронна схема на основі датчика напруги ДН, яка повинна алгоритмічно відпрацьовувати завдання пуску і приймати рішення про відключення контактора K1, якщо напруга на конденсаторі С не досягне необхідної величини за заданий час (напруга живильної мережі не відповідає номінальному в меншу сторону), або в процесі роботи стався вихід живлячої напруги за номінальні межі Крім цього, електронна схема повинна забезпечити затримку повторного пуску після відключення перетворювача, в іншому випадку перетворювач може вийти на режим харчування з розімкненим реле K2, а це однозначно призведе до неприпустимого розігріву токоограничительного резистора R Проте, описана схема в авторському варіанті використана при розробці серійного статичного перетворювача трифазного напруги 380 В 50 Гц в трифазну напругу 220 В 400 Гц потужністю 6 кВА У процесі шестирічної експлуатації вузол жодного разу не відмовив і зарекомендував себе по параметру надійності з кращого сторони

Складніша (але й більш ефективна) схема обмеження надструмів, використана при розробці перетворювача постійного струму потужністю 12 кВт, наведена на рис 243

Ця схема обмеження надструмів кардинально відрізняється від описаних вище, так як побудована на основі чопперного регулятора напруги [1] У ній використовується IGBT транзисторна збірка VT1 типу CM200DY-24A (Виробник – «Mitsubishi Electric») з вбудованими ультрашвидкі діодами Дроселі L1, L2 і конденсатор C2 утворюють фільтр пульсацій випрямленої напруги Конденсатор C1 захищає схему від викидів напруги при роботі Крім того, у схемі маються: датчик струму ДТ типу LA55P і датчик напруги ДН типу LV25P (виробник – ВАТ «ТВЕЛ»), драйвер ДР управління верхнім транзистором IGBT-збірки (Виробник – ЗАТ «Електрум АВ»), схема управління СУ

У момент включення перетворювача в мережу транзісторУТ11 переводиться в провідний стан, починається заряд конденсатора C2 При досягненні пускового струму деякого встановленого значення, схема управління СУ перериває струм, який далі починає знижуватися до іншого встановленого значення, транзісторУТ11 знову переводиться в провідний стан, і процес повторюється Причому циклічність цього процесу продовжується до тих пір, поки не спрацює датчик напруги ДН, свидетельствующийодостижении напруги на конденсаторі C2 рівня, необхідного для запуску високочастотного інвертора Датчик ДН через схему управління блокує транзистор VT11 у відкритому стані, і далі відбувається запуск високочастотного інвертора Головна перевага цієї схеми очевидно: з її допомогою можна досягти значення пускового струму, що не перевищує значення споживаного номінального струму в сталому режимі роботи (природно, за рахунок збільшення часу заряду конденсатора C2) На жаль, і дане схемотехническое рішення виявилося досить складним з точки зору своєї реалізації: до складу перетворювача довелося ввести ряд непростих функціональних вузлів, які використовуються за прямим призначенням переважно в момент первісного пуску, і надалі не несуть ніякого функціонального навантаження Крім того, схема по рис 243 в процесі експлуатації показала себе набагато менш надійною, ніж схема по рис 242

Можна побудувати вхідний ланка статичного перетворювача із застосуванням тиристора в якості ключового елемента, шунтирующего зарядний резистор На рис 244 показаний варіант такої ланки, досить добре відомий розробникам силової техніки Але це – не найкраще технічне рішення, так як тиристор має 4-шарову структуру, через що падіння напруги на ньому теж велике, а значить, розсіюється додаткова теплова енергія

Чи можливо знайти приховані можливості традиційних елементів вхідних ланцюгів статичних перетворювачів, щоб забезпечити надійний захист від надструмів Давайте звернемося до рис 245, на якому склад вхідної ланки потужного статичного перетворювачів-

Рис 244 Варіант вхідного ланцюга з використанням тиристора в якості

ключового елементу

Рис 245 Вхідна ланка потужного перетворювача

ля позначений докладніше У складі ланки мається, по-перше, мережевий дросель L1, що обмежує розповсюдження високочастотних гармонік в живильну мережу і гасить комутаційні перенапруги Крім цього, у складі силової схеми передбачений протизавадний фільтр (ППФ) модульного виконання, що затримує вищі гармоніки перешкод (радіоперешкоди) Елементи фільтра придушення пульсацій випрямленої напруги L2, С тривіальні, а тому не вимагають пояснень

Використовувати ППФ як обмежувача пускових струмів не вийде, так як ця функція йому не властива, а от близькі до цього завдання функції виполняютдросселі L1 і L2 Їх, як виявилося, можна «навантажити» ще й на виконання завдання обмеження пускових струмів Ось тут необхідно зробити невеликий «ліричний» відступ і сказати кілька добрих слів на адресу мережевих дроселів, що випускаються фірмою «Elhand» [36] Зовнішній вигляд найцікавіших у даному випадку типів дроселів показаний на рис 246, а-д

Джерело: Семенов Б Ю Силова електроніка: професійні рішення – М: СОЛОН-ПРЕСС, 2011 – 416 c: Ил