Раздел: Документация
0 ... 18 19 20 21 22 23 24 ... 49 vs. "и "Vf f,z ь OS vs, л vs, OA
Рис. З.И. Последовательный инвертор тока и зависимость его выходного напряжения от нагрузки ного напряжения параллельного инвертора справедливо и для последовательного, но угол опережения Р связан с параметрами нагрузки формулой tgP = T~--tgqv(3.27) Yc cos ф„ Напряжение на выходе инверторного моста Ua (до коммутирующих конденсаторов Ск) определяется соотношением (3.21). Напряжение на нагрузке U„ будет отличаться от выходного напряжения инвертора UH на падение напряжения на конденсаторе Ск и выразится в следующем виде: {/н=Ь/ .(3.28) ТС COS ф„ Из (3.28) следует, что напряжение на нагрузке С/н в последовательном инверторе зависит от коэффициента мощности нагрузки, но не от ее проводимости. Поэтому при неизменном коэффициенте мощности coscp„ последовательный инвертор имеет «жесткую» внешнюю характеристику (рис. З.П, б). В то же время рост нагрузки приводит согласно (3.27) к увеличению угла Р, а следовательно, к увеличению напряжения на выходе инверторного моста £/„, отделенного от нагрузки последовательными конденсаторами С„. Рост напряжения (7Н ограничивает допустимые перегрузки в последовательном инверторе. В области же малых нагрузок происходит уменьшение угла опережения р. Это может привести в режимах, близких к режиму «холостого» хода, к нарушению нормальной коммутации тиристоров вследствие недопустимого уменьшения угла Р и нарушения условия (3.16). Следовательно, благодаря последовательному включению конденсаторов Ск внешняя характеристика инвертора становится «жесткой» в отличие от внешней характеристики инвертора с параллельным включением этих конденсаторов. В основном  vs Ф V-1-1-1-1 i *Л 0 °,5 1,° V 2,0 2> 10 У„/у Рис. 3.12. Параллельно-последовательный инвертор тока и зависимость его выходного напряжения от нагрузки же электромагнитные процессы и методика расчета элементов схем последовательного и параллельного инвертора подобны. Параллельно-последовательный инвертор тока. Схема параллельно-последовательного инвертора тока представлена на рис. 3.12, а. Инвертор содержит конденсаторы, включенные последовательно (Сж1) и параллельно (С«2) нагрузке. Поэтому он обладает свойствам как параллельного, так и последовательного инвертора тока. При этом в области малых нагрузок преобладают свойства параллельного инвертора, в области больших нагрузок — последовательного. Используя, как и в предыдущих случаях, метод основной гармоники, получаем следующее соотношение для угла Р:  (3.29) Из (3.29) следует, что угол Р будет стремиться к л/2 (это соответствует росту напряжения Ua) как при уменьшении нагрузки до холостого хода, так и при перегрузках, вплоть до короткого замыкания. Согласно (3.21) напряжение UB на выходе инверторного моста (до конденсаторов Сх) будет также увеличиваться с ростом угла р. Однако внешняя характеристика инвертора, характеризующая изменение напряжения на нагрузке от ее проводимости, в определенном диапазоне будет сравнительно «жесткой» (рис. 3.12,6), причем этот диапазон нагрузок будет тем шире, чем выше коэффициент мощности нагрузки. Инвертор тока с «отсекающими» диодами. В рассмотренных схемах коммутирующие конденсаторы обеспечивают емкостный характер нагрузки на стороне переменного тока. Значение емкости конденсаторов можно уменьшить включением в схему «отсекающих» диодов (рис. 3.13, а).  Рис 3.13. Инвертор тока с «отсекающими» диодами: а—схема; б—диаграммы тока и напряжения иа элементах схемы Предположим, что в проводящем состоянии находятся тиристоры VSi, VS4, и диоды VDi, VDA, а конденсаторы заряжены с полярностью, указанной на рисунке. В этом случае ток протекает только через нагрузку, а конденсаторы, находясь в заряженном состоянии, «отсечены» от нагрузки диодами VD2, VDi. При подаче управляющих импульсов на тиристоры VS2, VSi под воздействием разрядного тока конденсаторов Сж1 и Сх2 происходит процесс коммутации. В результате тиристоры VSy, VSA выключаются и ток начинает протекать по цепи тиристор VS2—конденсатор Сж1—диод VDi—нагрузка ZH—диод VD—конденсатор Сж2 — тиристор VS3. Ток Id перезаряжает конденсаторы Сж1, Сж2, и, когда напряжение на них изменит знак и достигнет значения, равного выходному напряжению, диоды VDi, VD* выключаются, а ток начинают проводить диоды VD2, VD3. В этот момент изменяется направление тока в нагрузке. Далее аналогичные процессы периодически повторяются. На рис. 3.13, б представлены диаграммы изменения тока и напряжения на коммутирующих конденсаторах. Инверторы, выполненные на основе этой схемы, применяются для питания двигательной нагрузки, имеющей индуктивный характер. При неучете коммутационных процессов действующее значение первой гармоники выходного напряжения будет равно £/-1 = 22 cos Фя (3.30) где срн—угол сдвига между первыми гармониками выходного напряжения и инвертируемого тока. В рассматриваемой схеме конденсаторы участвуют только в коммутационных процессах и не рассчитываются на компенсацию реактивной мощности нагрузки. Поэтому их емкость определяется временем выключения тиристоров t„ значением коммутируемого тока и напряжением на них ис, которое примерно равно /2i7Hsin9H: Сж1 = Сж2Ц.(3.31) Время выключения тиристоров tq в данной схеме будет соответствовать времени спада напряжения на конденсаторах до нуля при их перезаряде. 3.2.2. ИНВЕРТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ В начале настоящей главы дано определение и кратко описан принцип действия инвертора напряжения. Рассмотрим работу этого типа схем более подробно на примере однофазной мостовой схемы, выполненной на полностью управляемых элементах (например, транзисторах). Следует отметить, что на характер электромагнитных процессов в схеме существенно влияет способ соединения активных и реактивных элементов нагрузки, поэтому рассмотрим работу схемы для двух типичных случаев, когда эти элементы соединены последовательно или параллельно. Последовательное включение активно-индуктивной нагрузки. На рис. ЗЦ4, а представлена схема инвертора на транзисторах VTt — VTl, зашунтированных в обратном направлении диодами VDi — VDA, которые служат для возврата реактивной мощности нагрузки в источник постоянного тока*. Примем следующие допущения: 1)транзисторы и диоды являются «идеальными», т. е. их сопротивления в открытом состоянии, время включения и выключения равны нулю; 2)в элементах схемы нет потерь энергии; 3)внутреннее сопротивление -источника постоянного тока равно нулю. На рис. 3.14, б представлены диаграммы, иллюстрирующие работу схемы. Когда открыты транзисторы VTX и КГ4, напряжение на нагрузке имеет полярность, указанную на рис. 3.14, а (без скобок), а ток нагрузки нарастает по В этом типе схем рационально использование в качестве ключевых элементов интегральных полупроводниковых модулей с полной управляемостью и двухсторонней проводимостью (см. гл. 1).   т/г  Рис. 3.14. Однофазный инвертор напряжения на транзисторах с nocflefloj вательным соединением активной Д„ и индуктивной Ьи составляющих нагрузки: а—схема; б— диаграммы токов и напряжений на элементах схемы Рис. 3.15. Однофазный инвертор напряжения на транзисторах с napaflj дельным соединением активной Ян и индуктивной L„ составляющих нагрузки: а — схема; б — диаграммы токов н напряжений на элементах схемы экспоненциальному закону. В момент 9 = л поступают управляющие импульсы, запирающие транзисторы VTX, VT4 и отпирающие VT2, VT3. Поскольку ток /„ в индуктивности нагрузки не может измениться скачком, то он продолжает протекать в том же направлении, но уже не через транзисторы VTi и VT4, а через диоды VD2 и VD3, которые включаются при выключении транзисторов VTt и VT4 из-за возникновения противо-ЭДС индуктивности нагрузки, превышающей напряжение источника питания Ud. Включение диодов VD3 и VD2 приводит к изменению знака напряжения нагрузки на противоположное (полярность, указанная на рис. 3.14, а в скобках). Под воздействием встречного напряжения ток нагрузки /н, протекающий через диоды VD3, VD2 в источник питания, будет уменьшаться также по экспоненциальному закону. При спадании тока /н до нуля (в момент 8 = 9 диоды VD2 и VD2 выключаются и ток нагрузки начинают проводить транзисторы VT2 и VT3, на базах которых с момента 9 = л присутствует управляющий импульс. Далее аналогичные процессы периодически повторяются. Таким образом, на нагрузке будет напряжение прямоугольной формы. Ток нагрузки будет иметь экспоненциальную форму, а значение его определится параметрами нагрузки. Ток через обратно включенные диоды VDt — VD4 начнет протекать на интервалах, начала которых совпадают с моментами поступления управляющих импульсов, а длительность зависит от индуктивности нагрузки. Во время протекания тока через диоды VDr — VD4 происходит возврат энергии из нагрузки в источник постоянного тока. Отсутствие диодов в схеме приводило бы к появлению недопустимых перенапряжений на транзисторах. Диаграмма тока, потребляемого от источника постоянного напряжения, приведена на рис. 3.14, б. На этой диаграмме положительные площади соответствуют отдаче энергии источником постоянного напряжения, а отрицательные — приему. Закон изменения токов в схеме удобно в данном случае определить, используя метод мгновенных значений, так как ток нагрузки в момент коммутации не изменяет своего значения. Дифференциальные уравнения для тока нагрузки на интервалах % — л и л — имеют следующий вид: v>LH + iHRH±Ud = 0,(3.32) где знак шрос сответствует интервалу 90—л, а знак минус — интервалу л-—о\; со = 2л/7. Запишем решение уравнения (3.32) в общем виде iK=±+Ae-*i<°\(3.33) где x = LH/RH. Постоянная интегрированная А определяется из условий непрерывности тока нагрузки при коммутации и повторяемости его формы в каждом периоде в установившемся режиме паботы- ппи а = п работы: при 9 = 0 при9=л 4=±/н» (3.34) 0 ... 18 19 20 21 22 23 24 ... 49
|
||||||||||||||||||
