2tom306

8. ENERGOELEKTRONIKA 614

typowe przebiegi wyjściowe przy obciążaniu typu RL. Napięcie wyjściowe U₂ jest ciągiem impulsów prawie prostokątnych o stałej wysokości; przebieg prądu wyjściowego zależy od impedancji odbiornika Z_Ł.

Falownik prądu (FP) jest zasilany z prawie idealnego źródła prądowego, złożonego ze źródła napięcia, prostownika sterowanego i dławika buforowego o dużej indukcyjności L_d.

Rys. 8.43. Falowniki tyrystorowe mostkowe trójfazowe: a) FP z komutacją kondensatorową międzyfazową (C_u —

— kondensatory^- komutacyjne, D0\+D06 — diody odcinające); b) FN 7. komutacją nada.żną międzyfazową (DZ\ + DZ6 — diody zwrotne. DO — diody odcinające, L dławiki odsprzęgające tyrystory od diod DOI -r-D06);

c)    FN z komutacją rezonansową (impulsową) fazową (TyK — tyrystory komutacyjne, fazy U, K IFsą identyczne);

d)    FN z indywidualną komutacją kondensatorową każdego ramienia (fazy 0', V. VFsą identyczne): e) PPCz z FP i PWM, z zaworami w pełni sterowalnymi

Na rysunku 8.42b przedstawiono układ FP oraz typowe przebiegi wyjściowe przy obciążeniu typu RL. Natężenie prądu wyjściowego I₂ jest ciągiem impulsów prawie prostokątnych o stałej wysokości; przebieg napięcia zależy od impcdancji odbiornika Z, .

Częstotliwość falownika jest regulowana niezależnie od zasilania — przez sterowanie pracą generatora impulsów przełączających. Rodzaj odbiornika narzuca metodę regulacji napięcia U przy stałej lub zmiennej częstotliwości wyjściowej f₂. Szczególnie ważny praktycznie jest przypadek sterowania częstotliwościowego silników indukcyjnych, dla których istnieje związek funkcjonalny U₂(f₂), najczęściej U₂,/f₂ & const.

Metody regulacji U₂(f₂) dzieli się na dwie główne grupy:

—    regulacja amplitudowa, czyli regulacja przed falownikiem;

—    regulacja impulsowa typu PWM, czyli regulacja wewnątrz falownika, zwana też modulacją czasową (rys. 8.42d).

Regulacja amplitudowa jest realizowana przez prostownik sterowany (PS na rys. 8.42a, b) U_d = U_d, = var albo przez prostownik diodowy U_d = const i przerywacz PPS z filtrem wyjściowym U_p = yU_d = var (rys. 8.42c). Prostownik diodowy nie wprowadza przesunięcia fazowego prądu linii zasilającej względem napięcia.

Regulacja impulsowa z modulacją czasową PWM jest stosowana przede wszystkim przy sterowaniu częstotliwościowym silników indukcyjnych [8.10]. Osiągnięcia techniki cyfrowej (układy LSI, VLSI, mikroprocesory itp.) oraz nowe półprzewodnikowe elementy mocy, np. tyrystory GTO lub MCT, tranzystory IGBT, diody szybkie itd., umożliwiły realizację różnych odmian PWM. Główne z nich przedstawiono w tabl. 8.7.

Modulację PWM charakteryzuje się dwoma współczynnikami:

—    głębokością modulacji m = Uy,/U_F, przy czym 0 < m < 1 tylko przy modulacji z falą nośną; przy innych modulacjach m > 1 [8.9; 8.10];

—    stosunkiem częstotliwości g = fjf., przy czym g > 1.

Zaleca się, aby g było liczbą całkowitą. Ze względu na skończony czas komutacji zaworu liczba g jest duża przy małej częstotliwości f₂ i maleje z jej wzrostem.

Realizacje falowników, najczęściej mostkowych lub półmostkowych jednofazowych i mostkowych wielofazowych, są zdeterminowane wymaganiami odbiornika, tj. zakresami częstotliwości f₂, prądów I₂ i napięć U₂, z których wynika rodzaj i liczba użytych zaworów i elementów biernych. Układy z zaworami w pełni sterowalnymi — bipolarnymi, unipolarnymi, hybrydowymi — umożliwiają komutację wewnętrzną indywidualną.

Układy falowników z tyrystorami (SCR) różnią się układami komutacji wewnętrznej: pojemnościowej lub impulsowej (rezonansowej). Na rysunku 8.43 przedstawiono typowe odmiany — wg wzrostu stopnia skomplikowania układowo-sprzętowego, kompensowanego przez zwiększanie swobody sterowania falownika: komutacja nadążna między-fazowa (fazowa-wzajemna), fazowa, centralna, indywidualna. Należy stosować tyrystory szybkie (impulsowe) lub GATT i odpowiednio szybkie diody. Dla porównania na rys. 8.43e przedstawiono pośredni przemiennik częstotliwości z zaworami w pełni sterowalnymi, z obwodem pośredniczącym prądu jednokierunkowego oraz modulacją PWM zarówno prądu wejściowego i,, jak i wyjściowego i₂, z współczynnikiem mocy cos <p ~ 1.

Przemienniki częstotliwości z rezonansowym (przemiennoprądowym) obwodem pośredniczącym (PPCz r.o.p.) [8.9], szeregowym lub równoległym (rys. 8.44), których intensywny rozwój nastąpił w latach osiemdziesiątych XX w., są alternatywnym układem w stosunku do przemienników z PWM i stałoprądowym obwodem pośredniczącym. Przemienniki z r.o.p. charakteryzują się dużą częstotliwością rezonansową f_r > 10 kHz, a niekiedy nawet większą niż 20 kHz — dla uniknięcia zjawisk akustycznych. Przełączanie łączników odbywa się przy przechodzeniu prądu przez zero, dzięki czemu radykalnie maleją straty komutacyjne. W przypadku stosowania szybkich lub impulsowych tyrystorów SCR lub GATT nie zachodzi konieczność stosowania układów komutacyjnych,