Трехфазный автономный инвертор тока

Трехфазный АИТ обладает теми же достоинствами и недостатками что и однофазный, но при этом обеспечивает меньшее содержание гармоник в выходном напряжении. Кроме этого, в электроэнергетике большие мощности устройств преобразования параметров электроэнергии, что требует применения трехфазных преобразователей. Основой таких АИТ является трехфазная мостовая схема (ТМС) тиристорного преобразователя, ведомого сетью (рис. 5.8), и рассмотренная ранее в режимах выпрямления и инвертирования. Основное отличие режима работы ТМС в АИТ в том, что АИТ выдает мощность в сеть, в которой нет собственных источников мощности и, следовательно, источником тока коммутации тиристоров являются не источники сети переменного тока, а предварительно заряженные конденсаторы, входящие в схему инвертора. Процесс коммутации тиристоров с участием конденсаторной батареи рассмотрен ранее на примере однофазного преобразователя.

Нагрузка трехфазного АИТ может быть включена, как по схеме «звезда», так и по схеме «треугольник» (рис. 5.8). Конденсаторная батарея обычно собирается в «треугольник», так как это позволяет при одной и той же емкости конденсторов получить от нее в три раза большую реактивную мощность по сравнению с тем, если бы она была собрана в «звезду».

Формирование напряжения на нагрузке АИТ принципиально не отличается от такового для однофазной схемы – также происходит попеременное переключение элементов нагрузки между шинками «+» и «-» источника постоянного тока. Но, в отличии от однофазной схемы линейное напряжение на нагрузке имеет не два а четыре уровня в течении периода. Рассмотрим процесс формирования такого напряжения.

Тиристоры в трехфазном АИТ включаются через 60 град. эл. в порядке «1→2→3…» (рис. 5.9а) и каждый тиристор находится во включенном состоянии в течении 1/3 периода выходного напряжения или 120 гр. эл. (рис. 5.9б и 5.9е). Т. е., весь период можно разбить на шесть интервалов времени, в течении каждого из которых в схеме включены только два тиристора.

Рис. 5.9. Диаграммы токов и напряжений для трехфазного автономного инвертора тока

Например, в момент времени t =0 (рис 5.9) включается тиристор V 1. Тиристор V 6 еще включен и источник тока I_d подключается к фазам В и С трехфазной нагрузки и конденсаторной батареи (рис. 5.10а). После преобразования схемы рис. 5.10а (рис. 5.10в), найдем установившееся напряжение U_{BC , УСТ}:

.

(5.28)

При этом, ветви трехфазной нагрузки АВ и СА подключены последовательно (рис. 5.10а) и напряжение на каждой из них будет в два раза меньше чем U _ВС (рис. 5.10):

.

(5.29)

При С ≠0 мгновенное значение напряжения переходных процессов перезарядки конденсаторов на каждом интервале определяется постоянной времени τ= R _H· C. Анализируя работу всей схемы, можно определить величины установившегося напряжения всех фаз для каждого из шести интервалов времени. Результаты анализа сведены в таблицу 5.2.

Рис. 5.10. Схема протекания тока I_d при включенных тиристора V 1 и V 6

Таблица 5.2

Включены тиристоры	i H	Установившееся значение u H
	Направление тока
6 – 1	В → С	UBC	UBA	UAC
1 – 2	В → A	UBA	UBC	UCA
2 – 3	C → A	UCA	UCB	UBA
3 – 4	C → B	UCB	UCA	UAB
4 – 5	A → B	UAB	UAC	UCB
5 – 6	A → C	UAC	UAB	UBC

Метод первой гармоники для трехфазного АИТ дает более точные результаты, чем для однофазной схемы. Особенно это касается линейных напряжений (рис. 5.9в), которые по форме приближаются к синусоиде при С ≠0.

Ток фазы состоит из двух импульсов токов соответствующих тиристоров (рис. 5.11). Действующие значения первых гармоник токов инвертора I _И и фазного тока одинаковы:

.

(5.30)

Рис. 5.11. Диаграмма тока фазы А АИТ

Используя выражения (5.20) и (5.21), составленные по методу первой гармоники для однофазного АИТ, и учитывая соотношение (5.30) и табл. 5.1 получаем уравнение режима для трехфазного АИТ:

.

(5.31)

Где U _НФ – фазное напряжение на нагрузке.

Лабораторная работа №5