Раздел: Документация
0 ... 17 18 19 20 21 22 23 ... 49 заряда VSn, в результате чего происходит перезаряд конденсатора до напряжения нужной полярности (к моменту г4) и тиристор VSn выключается. Способы коммутации тиристоров по схемам на рис. 3.9,6 и в характерны для инверторов напряжения. 4. Коммутация за счет резонансного характера сопротивления нагрузки (или сопротивления нагрузки с дополнительно установленными на выходе инвертора реакторами и конденсаторами). Пример схемы с коммутацией по указанному способу приведен на рис. 3.9, г. При подаче в момент t1 управляющего импульса на тиристор VS он включается и к контуру L — C—RH прикладывается постоянное напряжение Ud. При соответствующих параметрах L, С и RH ток в контуре будет иметь колебательный характер, и при прохождении тока через нуль (момент t4) тиристор VS выключается. Далее процесс периодически повторяется. Рассмотренный способ характерен для резонансных инверторов. Разработано большое количество различных схем, реализующих рассмотренные способы коммутации. Кроме того, существует также ряд других способов коммутации тиристоров, не нашедших широкого применения в схемах автономных инверторов. При классификации автономных инверторов по способам искусственной коммутации иногда различают инверторы с одноступенчатой и двухступенчатой коммутацией. При одноступенчатой коммутации выключение одного основного тиристора обычно связано с включением другого основного тиристора схемы (например, по схеме на рис. 3.9, а) или же включение и выключение основного тиристора связаны общим процессом изменения токов (напряжений) в элементах схемы (например, в схеме на рис. 3.9, г). При двухступенчатой коммутации выключение основного тиристора производится посредством включения вспомогательного (коммутирующего) тиристора, после чего может быть включен снова тот же или другой основной тиристор (например, в схемах на рис. 3.9,6 и в). Отдельные модификации схем с двухступенчатой коммутацией (например, схема на рис. 3.9, в) можно рассматривать как аналоги полностью управляемого ключа, который может быть включен или выключен подачей соответствующих управляющих импульсов (включение производится путем подачи управляющего импульса на основной тиристор, а выключение—подачей управляющего импульса на коммутирующий тиристор). В ряде случаев при классификации инверторов (особенно многофазных) используют принцип связи коммутирующего устройства с основными тиристорами инвертора. При этом обычно различают инверторы: а) с поэлементной коммутацией (к каждому основному тиристору схемы подключено отдельное коммутирующее устройство); 122 б)с пофазной или групповой коммутацией (в схеме для коммутации тиристоров одной фазы или группы тиристоров используется отдельное коммутирующее устройство); в)с включением коммутирующего устройства между фазами; г)с одним общим коммутирующим устройством на все основные тиристоры схемы. Инверторы с конденсаторной коммутацией часто классифицируются по способу соединения конденсатора с нагрузкой: параллельный, последовательный или параллельно-последовательный инверторы. Классификация по этому признаку не является чисто формальной, поскольку способ включения конденсатора относительно нагрузки определяет зависимость выходного напряжения инвертора от нагрузки, характер переходных процессов и другие параметры схемы. По схеме преобразования, так же как и в выпрямителях, различают однофазные, трехфазные и многофазные инверторы. Эти схемы могут быть выполнены без нулевого вывода и с нулевым выводом в цепи нагрузки или цепи постоянного тока (схемы со средней точкой). Основными элементами схем инверторов, параметры которых подлежат расчету, являются ключевые элементы, коммутирующие элементы (конденсаторы, реакторы и др.), трансформатор и фильтры, если последние оказывают непосредственное влияние на процесс инвертирования, например сглаживающий реактор в инверторах тока (в других случаях фильтры рассчитывают отдельно как самостоятельные звенья). Исходными данными при расчете схемы обычно являются входное напряжение и диапазон его изменения, параметры выходного напряжения, мощность нагрузки и диапазон ее изменения (как активных, так и реактивных составляющих). 3.2.1. ИНВЕРТОРЫ ТОКА Параллельный инвертор тока. Рассмотрим работу инвертора тока на примере представленной на рис. 3.10, а наиболее распространенной и изученной схемы однофазного мостового параллельного инвертора тока (коммутирующая емкость на выходе инвертора подключена параллельно нагрузке). Примем следующие основные допущения: индуктивность сглаживающего реактора Ld=co; тиристоры «идеальные», т. е. время включения и выключения их, обратный ток, а также прямое падение напряжения равны нулю; потери энергии в элементах схемы отсутствуют;  Рис. 3.10. Параллельный инвертор тока: а—схема; б—диаграммы токов и напряжений на элементах инвертора; в —векторная диаграмма; г —зависимости выходного напряжения и угла Р от нагрузки напряжение на нагрузке благодаря включению на выходе фильтров высших гармоник синусоидальное*. Предположим, что на интервале от нуля до л в проводящем состоянии находятся тиристоры VSi и VS4. В момент 9 = л на тиристоры VS2 и VS3 поступают управляющие импульсы от системы управления инвертором. При этом напряжение на нагрузке (точка М на рис. 3.10,6) равно UHmsin$, где Р—угол сдвига между синусоидами выходного напряжения и„ и выходного тока инвертора /н. Это напряжение является прямым для тиристоров VS2 и VS3, они включаются и цепь нагрузки оказывается замкнутой накоротко через все открытые тиристоры схемы. В результате этого возникает разряд коммутирующего конденсатора Ск. Ток разряда распределяется по двум контурам. В одном контуре он направлен навстречу току, протекающему через тиристор VS, а в другом— навстречу току, протекающему через тиристор VS4. * В общем случае выходное напряжение инвертора несинусоидально, но наличие фильтра позволяет при анализе не учитывать высшие гармоники выходного напряжения. Когда токи этих тиристоров станут равными нулю, они выключатся, т. е. завершится процесс коммутации тиристоров. Поскольку в контурах разряда конденсаторов отсутствуют индуктивности, этот процесс можно считать мгновенным (у = 0). После выключения тиристоров VS и VS4 ток начинает проходить через тиристоры VS2 и VS3, вследствие чего направление тока нагрузки скачком изменяется. Напряжение мн в момент коммутации не изменяется из-за наличия в схеме конденсатора Ск. К тиристорам VS и VS4 скачком прикладывается обратное напряжение uvsi = uVS4 = UHmsm Р (рис. 3.10,6), и они имеют возможность восстанавливать запирающие свойства. Для нормальной коммутации необходимо, чтобы выполнялось условие Рсог,,(3.16) где со—угловая частота выходного напряжения; tq—время выключения тиристора. В противном случае после прохождения напряжения и„ через нуль произойдет повторное включение тиристоров VS и VS4, так как на них будет подано прямое напряжение раньше, чем они успеют восстановить свою запирающую способность. В результате этого возникнет аварийный режим, когда во включенном состоянии будут находиться одновременно все тиристоры («опрокидывание» инвертора, см. § 3.6). Для обеспечения условия (3.16) необходимо, чтобы вся нагрузка вместе с конденсатором Ск имела емкостный характер и ток /н опережал напряжение ии. Так как индуктивность сглаживающего реактора принята Ld=co, ток id в инверторе идеально сглажен и соответственно выходной ток /н имеет прямоугольную форму (рис. 3.10,6). Однако при анализе методом «основной» гармоники учитывается только первая гармоника этого тока iHl (показанная на рис. ЗЛО, б штриховой линией). Высшие гармоники этого тока полагаются отфильтрованными конденсатором Ск и фильтром на выходе инвертора в соответствии с принятым допущением о синусоидальности выходного напряжения. Первая гармоника инвертируемого тока /и1 распределяется между конденсатором Ск (составляющая /с) и- нагрузкой (составляющая /„). •На рис. 3.10, в представлена векторная диаграмма напряжений и первых гармоник токов на выходе инвертора при активно-индуктивной нагрузке, из которой видно, что угол Р имеет положительное значение при условии преобладания емкостного тока 1с над реактивной составляющей тока нагрузки /нр. Используя известные в электротехнике соотношения и векторную диаграмму на рис. 3.10, в, угол Р можно выразить следующим образом: 1вР = ТГ-18ф-(ЗЛ7) y„coscpe где Ус = соС—модуль проводимости конденсатора Сж; Y„=\/ZH—модуль проводимости нагрузки. Напряжение на нагрузке и необходимую емкость Ск удобно представить в виде функций параметров нагрузки, полученных из баланса активных и реактивных мощностей: Р =ВД=£/./»со8р;(3.18) q* = p»4fr(3.19) q» = qc-q»=u2l(i)c1[-phtgq>h,(3.20) где ри — активная мощность нагрузки; qc — реактивная мощность конденсатора; qh—реактивная мощность нагрузки; g„ — реактивная мощность, потребляемая инвертором. Из соотношения (3.20) видно, что реактивная мощность, потребляемая инвертором, равна разности мощностей конденсатора Сж и реактивной (индуктивного характера) мощности нагрузки. Иначе говоря, рассматриваемый тип инвертора работает при условии полной компенсации индуктивной составляющей нагрузки. Поэтому конденсатор С» в схемах подобного типа инверторов называют иногда компенсирующим. Так как в рассматриваемом случае учитывается только первая (основная) гармоника выходного напряжения, то действующее значение можно выразить соотношением, используемым при анализе инверторов, ведомых сетью (§ 3.1). tf.=-=-.(3.21) 22 cos р Учитывая (3.17), соотношение (3.21) можно записать в виде ии= ll+( ЮС -tgyT.(3-22) Зависимость (3.22) является внешней характеристикой инвертора, только в качестве переменного параметра в ней фигурирует не ток нагрузки, а проводимость нагрузки Ун. Необходимая емкость Сж как функция параметров нагрузки в соответствии с (3.20) и (3.17) может быть вычислена по формуле /MtgP + tgcp,,) Согласно (3.17) и (3.22) угол р и выходное напряжение являются функциями параметров нагрузки и емкости конденсатора Ск. На рис. 3.10, г представлена графическая интерпретация этих зависимостей, из которых видно, что внешняя характеристика параллельного инвертора имеет круто падающий характер. С ростом нагрузки (т. е. с увеличением проводимости Ун) уменьшается также значение угла р. Режим работы тиристоров в схеме характеризуется следующими соотношениями: 1.Максимальные значения прямого и обратного напряжений на тиристорах: иРтл% = 2ия;(3.24) t/Kmax = v/2f/Hsinp.(3.25) 2.Максимальное /тах, среднее 1тау и действующее itrms значения токов тиристоров: imax — i& — pd\ua, hAV = hll = pilwi, lTRMS = id/\/2- (3.26) Если на выходе инвертора установлен трансформатор, то при расчетах необходимо учитывать коэффициент трансформации, связывающий напряжение на выходе инвертора uab и напряжение на нагрузке £/„. В схеме без трансформатора допустимое минимальное значение выходного напряжения uhmm однозначно определяется из соотношения (3.21) при подстановке в него максимальных значений входного напряжения udmax и необходимого значения угла Р, который рассчитывается по (3.16) с двух- или трехкратным запасом относительно времени tq, указанного в паспортных данных тиристоров* Соотношения (3.17) — (3.26) получены при предположении синусоидальности формы кривой выходного напряжения, однако они с достаточной для практики точностью позволяют произвести расчет однофазного параллельного инвертора тока и при кривой выходного напряжения, отличной от синусоиды. Более точные соотношения, характеризующие статический режим работы параллельного инвертора тока с учетом конкретных параметров схемы и действительной формы кривых токов и напряжений, можно получить методом мгновенных значений. Для этого необходимо решить дифференциальные уравнения для токов и напряжений по схемам замещения на интервалах проводимости тиристоров VSlt VSA и VS2> F53. Последовательный инвертор тока. Общий емкостный характер нагрузки может быть получен также посредством включения коммутирующих конденсаторов последовательно с нагрузкой. В этом случае инвертор называют последовательным (рис. 3.11, а). Соотношение (3.22) для первой гармоники выход- 0 ... 17 18 19 20 21 22 23 ... 49
|
