Раздел: Документация
0 ... 16 17 18 19 20 21 22 ... 49 3.2. АВТОНОМНЫЕ ИНВЕРТОРЫ Автономным (независимым) инвертором называется преобразователь электрической энергии постоянного тока в переменный, выходные параметры которого (форма, амплитуда и частота выходного напряжения) определяются схемой преобразователя, системой управления и режимом его работы, в отличие от инвертора, ведомого сетью, выходные частота и напряжение которого соответствуют параметрам сети. Автономный инвертор представляет собой электрическое устройство, силовая часть которого состоит в самом общем случае из следующих основных узлов (рис. 3.7): входного фильтра Фь собственно инвертора И, содержащего тиристоры, диоды и коммутирующие элементы, трансформатора Тр и выходного фильтра Ф2. Так же как и выпрямители, инверторы различаются по мощности, напряжению, числу фаз вторичной обмотки трансформатора, способу регулирования выходного напряжения, по схеме инвертирования и другим менее существенным факторам. Работа автономного инвертора и его технико-экономические показатели в основном определяются схемой инвертирования, под которой, как правило, понимают схему соединения ключевых элементов и элементов для их коммутации, а также трансформатора и в отдельных случаях входного или выходного фильтра (если последний оказывает непосредственное влияние на процесс инвертирования). От схемы инвертирования зависят форма кривой выходного напряжения, форма кривой потребляемого тока, внешняя (или нагрузочная) характеристика, КПД инвертора, допустимое изменение коэффициента мощности нагрузки (указываемого обычно по основной гармонике напряжения на нагрузке), максимальное (мгновенное) значение тока нагрузки, определяющее для большинства схем порог устойчивой работы инвертора. В настоящее время не существует единой общепринятой системы классификации схем автономных инверторов. Наиболее часто их классифицируют по следующим признакам: а)по характеру электромагнитных процессов, протекающих в схеме; б)по способу коммутации тиристоров или схеме включения коммутирующих элементов; в)по схеме преобразования (конфигурации соединений элементов силовой части). Иногда при классификации используют и другие, менее существенные признаки, например способ регулирования выхода/о = В код О— <Pi Выход Рис. 3.7. Структурная схема инвертора  б; Рис. 3.8. Схемы замещения инверторов и диаграммы их выходных параметров: а—инвертор тока; 6—инвертор напряжения ного напряжения инвертора или принцип подачи управляющих импульсов на ключевые элементы силовой части. По характеру протекающих в схеме электромагнитных процессов автономные инверторы подразделяются на инверторы тока, инверторы напряжения и резонансные инверторы. Такое разделение инверторов весьма условно. За определяющий признак в этом случае принимается проводимость цепи постоянного тока со стороны непосредственно преобразующей части (например, тиристорной мостовой схемы) относительно переменной составляющей напряжения. Рассмотрим это более подробно на примере двух автономных инверторов, питающихся от источника постоянного напряжения Ud (рис. 3.8). В- цепи постоянного тока первого инвертора (рис. 3.8, я) включен реактор с большой индуктивностью. Тогда в интервале между коммутациями ключевых элементов Кх — К4 ток в реакторе изменяется незначительно. В этом случае ключевые элементы инвертора изменяют направление (но не мгновенное значение) тока в нагрузке, так что. последняя питается как бы от источника тока, что и нашло отражение в соответствующей терминологии — инвертор тока. Нагрузка таких схем носит, как правило, емкостный характер, так как при индуктивной нагрузке из-за скачкообразного изменения тока возникли бы перенапряжения, нарушающие нормальную работу элементов схемы. В некоторых разновидностях инверторов тока, рассчитанных на работу с нагрузкой индуктивного характера, предусматриваются устройства для отвода части энергии, накопленной в индуктивностях нагрузки. В схеме на рис. 3.8,6" источник постоянного напряжения подключен непосредственно к ключевым элементам, которые периодически с изменением полярности подключают это напряжение к нагрузке. В результате нагрузка питается как бы от источника переменного напряжения. Такая схема классифицируется как инвертор напряжения. Нагрузка в этом случае должна носить активный или активно-индуктивный характер (если на выходе инвертора не установлены фильтры), так как при емкостном характере нагрузки из-за скачкообразного изменения напряжения имели бы место всплески токов. Для устранения перенапряжений на элементах схемы часть энергии, накопленной в индуктивности нагрузки, возвращают в источник постоянного напряжения. Для этого ключевые элементы шунтируют диодами, включенными «обратно» по отношению к полярности питающего источника. Такие диоды иногда называют «обратными» диодами (на рис. 3.8,6 они не показаны). Законы изменения токов в цепи нагрузки инвертора напряжения при определенных условиях подобны законам изменения узловых потенциалов на шинах нагрузки инвертора тока. Такое соответствие законов известно в электротехнике как принцип дуальности (двойственности) цепей. В рассматриваемом случае дуальными элементами в схемах инверторов (см. рис.. 3.8) являются: а)источник напряжения и источник тока; б)сопротивление и проводимость нагрузки; в)индуктивность и емкость. Используя принцип дуальности, можно результаты анализа процессов в схеме инвертора одного типа, например инвертора тока, путем определенных преобразований распространить на схему инвертора другого типа—инвертора напряжения, и наоборот. Индуктивность сглаживающего реактора Ld в инверторе тока имеет конечное значение и оказывает существенное влияние на динамические характеристики инвертора. В частности, чем меньше эта индуктивность, тем меньше всплески и провалы выходного напряжения при скачкообразных изменениях нагрузки инвертора. В цепи постоянного тока некоторых инверторов напряжения имеется индуктивность, обеспечивающая коммутацию тиристоров. Поэтому наличие индуктивности в цепи постоянного тока еще не является достаточным признаком для определения типа схемы (инвертор тока или инвертор напряжения.) Необходимо знать характер изменения входного тока инвертора. Как правило, считают, что в инверторах тока входной ток непрерывен или прерывается на незначительное по сравнению с межкоммутационным интервалом время. 118 По характеру протекания электромагнитных процессов можно выделить еще один тип инверторов, занимающих как бы промежуточное место между инверторами тока и напряжения,— резонансные инверторы. В схемах этого типа инверторов нагрузка входит в состав колебательного контура и ток в коммутирующих элементах в течение всего интервала их проводимости носит колебательный характер. Тип резонансных инверторов также объединяет довольно большое количество разнообразных типов схем, различающихся конфигурацией, способом соединения конденсаторов с источником питания и рядом других признаков. Кроме того, для резонансных инверторов характерно соединение нескольких инверторов для получения напряжения высокой частоты (так называемые многоячейковые инверторы). Количество ячеек тоже служит признаком для классификации резонансных инверторов. Наличие или отсутствие в цепи постоянного тока реактора иногда служит формальным признаком для разделения резонансных инверторов также на инверторы тока и напряжения. Однако такое разделение резонансных инверторов нецелесообразно, так как характер изменения токов и напряжений на коммутационных элементах отличен от характера аналогичных процессов в инверторах тока и напряжения. Основным элементом многих схем инверторов является тиристор, который в автономных инверторах требует для своего выключения принятия специальных мер, обеспечивающих спадание протекающего через него тока до нуля и задержку подачи прямого напряжения. В автономных инверторах отсутствие сетевого напряжения (или переменного напряжение каких-либо других источников) приводит к необходимости * использовать различные способы принудительной или искусственной коммутации тиристоров. Для автономных инверторов характерны следующие способы искусственной коммутации тиристоров [12]. 1. Коммутация посредством конденсатора, подключаемого другим тиристором (рис. 3.9, а). Предположим, что тиристор VSi проводит ток, а конденсатор С заряжен с полярностью, указанной на рисунке. В момент /х на тиристор VS2 поступает управляющий импульс и-он вклюзается. В результате включения тиристора VS2 конденсатор оказывается подключенным к открытому тиристору VSi. Так как открыты оба тиристора, то возникает ток разряда конденсатора, направленный навстречу току тиристора VSX. В цепи разряда конденсатора отсутствует индуктивность, поэтому ток разряда нарастает весьма быстро и тиристор VSX практически мгновенно выключается. Через тиристор VS2 начинает протекать ток перезаряда конденсатора С и ток нагрузки (определяемый сопротивлением R2). До тех пор пока конденсатор врезультате  перезаряда по цепи Rt — С— VS2 не изменит полярности напряжения на своих обкладках (момент t2), к тиристору VSt будет приложено обратное напряжение и он может восстанавливать свою запирающую способность. В момент /3 поступает управляющий импульс на тиристор VSU в результате чего тиристор VSX включается, а тиристор VS2 выключается и т. д. Рассмотренный способ коммутации характерен для схем инверторов тока. 2.Коммутация посредством подключения к основному тиристору конденсатора через вспомогательный тиристор (рис. 3.9,6). Пусть конденсатор С заряжен, основной тиристор VS проводит ток, тиристор VS% выключен. При подаче в момент /х управляющего импульса на вспомогательный (или коммутирующий) тиристор VS% он включается и ток разряда конденсатора С выключает тиристор VS. Далее происходит перезаряд конденсатора по цепи C—VSX — RB. На интервале времени от tx до t2 тиристор VS восстанавливает свою запирающую способность. Для того чтобы конденсатор С был заряжен с нужной для следующего включения тиристора VS полярностью, его необходимо повторно перезарядить. Этот процесс перезаряда начинается при включении в момент /3 основного тиристора VS по контуру C—VS—L— VD. Процесс носит колебательный характер, и длительность его определяется параметрами L и С. Перезаряд заканчивается в момент /4. В течение этого процесса ток колебательного контура суммируется в тиристоре VS с током нагрузки. Диод VD предотвращает дальнейшее протекание процесса перезаряда (когда ток колебательного LC-контура начинает изменять свое направление на противоположное), фиксируя тем самым на обкладкаж конденсатора заряд нужной для коммутации тиристора VS полярности. 3.Коммутация за счет подключения к основному тиристору колебательного LC-контура (рис. 3.9, в). Предположим, что конденсатор С заряжен, основной тиристор VS открыт, а коммутирующий тиристор VSX и тиристор перезаряда VSn закрыты. В момент /х на тиристор VS2 поступает управляющий импульс; возникающий при этом ток в колебательном LC-контуре направлен навстречу току нагрузки тиристора V и выключает его. Так как скорость* нарастания коммутирующего тока (тока колебательного контура) ограничена индуктивностью L, то процесс выключения тиристора VS облегчается (по сравнению со схемами с конденсаторной коммутацией) за счет уменьшения максимального значения обратного тока при выключении. Далее начинается процесс перезаряда конденсатора через нагрузку и открытый тиристор VSX. Подготовка LC-контура для следующего выключения тиристора VS осуществляется путем включения в момент t3 тиристора пере- 0 ... 16 17 18 19 20 21 22 ... 49
|
