Раздел: Документация
0 ... 19 20 21 22 23 24 25 ... 49 Подставляя (3.34) в (3.33), получаем -/ -Hi л. +4»="; УАе Я/ш", откуда С учетом полученного значения А выражение (3.33) можно записать в следующем виде: - 2g"8/<OT-V(3.35) R»Y \+е Средние значения токов транзисторов и диодов можно найти интегрированием уравнения (3.35) на интервалах д0 —я и я — 9i. Согласно (3.35) токи в элементах инвертора напряжения являются функциями параметров нагрузки, в то время как в инверторе тока параметры нагрузки определяют форму и значение выходного напряжения. В рассматриваемой схеме выходное напряжение имеет прямоугольную форму с амплитудой, равной напряжению питания Ud. Разложив кривую прямоугольной формы в гармонический ряд, получим амплитуду первой гармоники выходного напряжения: Ulm = -Ud.(3.36) я Из принципа работы рассматриваемого инвертора следует, что его выходное напряжение не зависит от нагрузки. Если источник, питающий инвертор напряжения, имеет одностороннюю проводимость (например, выпрямитель), то его необходимо шунтировать конденсатором для приема возвращаемой из нагрузки энергии. Параллельное включение активно-индуктивной нагрузки. Принцип работы схемы при таком способе включения нагрузки (рис. 3.15, а) аналогичен рассмотренному, но характер электромагнитных процессов становится другим. В этом случае ток в нагрузке для каждого полупериода работы схемы легко определить, используя принцип наложения, согласно которому ток /н можно представить в виде суммы двух токов ■, = £ + *•(3-7) Ток iL в установившемся режиме работы инвертора определяется из условия непрерывности его в моменты коммутации (рис. 3.15,6), когда iL (0) = + iL (тс). На интервале 0—л ток в индуктивности изменяется по линейному закону Ь-к(0)+£*.(3.38) Так как при 9 = 90 = я/2 ток в индуктивности становится равным нулю, то, подставляя в (3.38) 9 = л/2, получаем iL(0)=~nUd/2(oLK. Следовательно, Ток в активном сопротивлении iR=±Ud/RH. Ток нагрузки согласно (3.37) [со£Д 2 J Л„ Диаграмма токов представлена на рис. 3.15,6. Так же как и в случае последовательного соединения Ln и Ян, интервал л —9i соответствует возврату энергии нагрузки в источник через встречно включенные диоды VD3 — VD2. Действующее значение тока нагрузки I.= UdfRa.(3.39) Выходное напряжение имеет прямоугольную форму, и первая гармоника его определяется по (3.36). Следует*, отметить, что в рассматриваемых схемах средние значения токов, протекающих через транзисторы и диоды, описываются сложными аналитическими выражениями. Однако обычно, инверторы напряжения имеют выходные фильтры. В этом случае можно считать и выходной ток синусоидальным, а средние значения токов для однофазной мостовой схемы могут быть определены по следующим формулам: для транзисторов VTt — VT4 /тлк=(1+?фя);(3.40) для диодов VD1 — VD4 N/2S,(l-cos(pH) ТАУ~Чия 2 где S„—полная мощность нагрузки; UH—действующее значение выходного напряжения; cos сри — коэффициент . мощности нагрузки. Из принципа действия инвертора напряжения следует, что параметры нагрузки для данного класса схем влияют в основном на характер изменения токов, в то время как выходное напряжение остается практически неизменным (при принятых допущениях). 3.2.3.ИНВЕРТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ НА ТИРИСТОРАХ Основная проблема использования тиристоров в качестве ключевых элементов заключается в том, что тиристор, являясь не полностью управляемым прибором, нуждается в дополнительных средствах, обеспечивающих его выключение В заданный момент времени. В инверторах напряжения для этой цели обычно используют различные схемы искусственной коммутации и, в частности, схему с LC-контуром, генерирующим короткие импульсы тока для выключения основных тиристоров. Этот контур может присутствовать в схеме в неявном виде, когда L и С разделены основными тиристорами силовой схемы, как, например, в широко известной схеме Мак-Муррея (рис. 3.16, а), но в большинстве случаев L и С непосредственно соединены между собой и отделяются от основной цепи вспомогательными коммутирующими тиристорами, которые подключают LC-контур только на время коммутации. При рассмотрении работы инверторов напряжения, выполненных на тиристорах, обычно выделяют два существенно различных интервала времени — межкоммутационный Рис. 3.16. Инвертор напряжения с ин- и коммутационный. Первый дуктивностью коммутирующего L.C.- определяется частотой пере- контура в цепи нагрузки: «-схема; б-диаграммы токов и напряже- КЛЮЧеНИЯ ОСНОВНЫХ ТИрИСТО-ний на элементах схемырОВ. ДлИТвЛЬНОСТЬ Интервала  коммутации определяется параметрами LC-контура и значительно короче интервала между коммутациями. Форма выходного напряжения и электромагнитные процессы во внекоммутационные периоды в тиристорных и транзисторных инверторах подобны. Электромагнитные же процессы в интервалах коммутации зависят от способа коммутации и параметров схемы. На рис. 3.16,6 представлены диаграммы токов и напряжений на элементах схемы, в которой контур искусственной коммутации непосредственно связан с силовой цепью. Коммутационные интервалы 90 — 92 специально растянуты и не соответствуют их реальной длительности в сравнении с периодом изменения выходного напряжения. Предположим, что перед включением тиристора VS2 ток проводил тиристор VSi и конденсатор Сх был заряжен с полярностью, указанной на рис. 3.16, а без скобок. В момент % поступает управляющий импульс на VS2. Так как к тиристору VS2 в этот момент приложено прямое напряжение, то он включится. В результате этого конденсатор Сх оказывается замкнутым через включенные тиристоры VSy и VS2 и в цепи VS2—VS1 — CX возникает разрядный ток iK, направленный навстречу току i„, протекающему в это время через тиристор VSx (индекс «штрих» означает, что рассматривается ток нагрузки, значение которого приведено к первичной полуобмотке трансформатора). Когда суммарный ток iVsi = /h—« станет равным нулю, тиристор VS выключится. При этом напряжение на конденсаторе Сх не успеет существенно измениться, поскольку указанный процесс будет протекать практически мгновенно (на рис. З.\6,б этот интервал времени принят равным нулю, т. е. соответствует точке $0). После включения тиристора VS2 конденсатор Сх начинает перезаряжаться. В процессе перезаряда напряжение на конденсаторе уменьшается. При этом индуктивность Lx ограничивает скорость перезаряда конденсатора. Пока напряжение на конденсаторе сохраняет полярность, соответствующую указанной на рис. 3.16,6 без скобок, к выключенному тиристору VSi будет приложено обратное напряжение и он может восстанавливать свою запирающую способность. Момент, когда напряжение- на конденсаторе становится равным нулю, обозначен 9t. Время выключения тиристора будет равно ч со 2тс • где со=у. Начиная с момента Ьх напряжение на конденсаторе изменяет полярность и к моменту Ъ2 становится равным 2UU (с полярностью, указанной на рис. 3.16, а в скобках), т. е. оно становится равным напряжению на двух полуобмотках трансформатора (к полуобмотке О—Ь приложено напряжение источника питания Ud) такое же напряжение трансформируется на полу обмотку а —О). В момент 92 напряжение на обратном диоде VD2 становится равным нулю (к диоду VD2 приложена разность напряжений полуобмотки О — Ь и источника питания, которая и становится равной нулю). Если диод идеальный, то он включается и ток нагрузки под воздействием противо-ЭДС со стороны индуктивности нагрузки начинает протекать через него в источник. В реальной схеме из-за наличия прямого падения напряжения в диоде противо-ЭДС, наводимая индуктивной составляющей нагрузки в полуобмотке О—Ь, должна несколько превышать напряжение Ud (соответственно напряжение на конденсаторе будет незначительно превышать 2Ud). В момент включения обратного диода VD2 перезаряд конденсатора Сх заканчивается и ток нагрузки i„, который протекал через него, начинает протекать через обратный диод VD2. При этом ток в полуобмотке О —а становится равным нулю, а в диоде VD2 скачком увеличивается от нуля до in. Следовательно, начиная с момента 92, т- е. с момента оканчания коммутации, ток нагрузки протекает через обратный диод VD2 и полуобмотку О — Ь в источник, постепенно спадая до нуля так же, как и в схемах, выполненных на полностью управляемых элементах (см. рис. 3.14 и 3.15). В результате протекания тока iH через обратный диод на интервале 92 — $з происходит возврат энергии, накопленный в индуктивности, нагрузки, в источник питания. В момент 93 диод VD3 выключается, а тиристор VS2 включается (для этого на его управляющем электроде должен присутствовать управляющий импульс), и через него снова начинает протекать изменивший свое направление ток нагрузки. Одним из недостатков схемы является эффект постепенного накопления энергии в индуктивности LK при коммутациях. Этот эффект является следствием получения индуктивностью LK дополнительной энергии при перезарядке конденсатора Ск. Дополнительная энергия, получаемая индуктивностью LK при коммутации, приводит к появлению тока (на рис. 3.16,6 этот ток не показан), который начинает циркулировать в контуре LK — VD2 — VS2 — LK и затухание которого будет слабым, если активные потери в контуре малы. В результате при последующих коммутациях будут происходить постепенное увеличение указанного тока и уменьшение времени выключения тиристоров. Для устранения эффекта накопления энергии обратные диоды подключают к отводам первичной обмотки трансфор-138  Рис. 3.17. Схема инвертора напряжения с отделенными от цепи нагрузки коммутирующими L.C.-контурами матора (показано штриховой линией на рис. 3.16, а). В схеме с отводами части вторичных полуобмоток, включенных между катодами диодов и анодами тиристоров (обычно 10—20% общего числа витков полуобмотки), создают противо-ЭДС, обеспечивающие возврат накопленной в индуктивности LK энергии в источник питания. При расчете параметров коммутирующего контура значения LK и Ск согласно [13] принимают равными f-t tq I н max. tgt/,. Lx = 0,425 /„, (3.41) где /нШ,—максимальное значение коммутируемого тока нагрузки, приведенное к первичной полуобмотке трансформатора. На рис. 3.17 представлена схема однофазного инвертора с коммутирующими //цСц-контурами, отделенными от цепи нагрузки. * Принудительное выключение основных тиристоров VSX — VS4 происходит при включении вспомогательных тиристоров VS\ — VSA. Форма выходного напряжения и процессы в схеме на интервалах между коммутациями такие же, как и в инверторе на транзисторах (см. рис. 3.14 и 3.15). Поэтому рассмотрим только процессы на интервалах коммутации. Так как схема является мостовой однофазной, то процессы, протекающие в обоих плечах схемы, подобны и коммутационные процессы можно рассмотреть .на примере работы только одного плеча (например, основные тиристоры VSt и VS2, а вспомогательные—VSi, VS2), приняв допущения, сформулированные выше. Кроме того, будем считать, что ток в нагрузке за время коммутации не успевает измениться. Предположим, что ток нагрузки проводит тиристор VSi,, а конденсатор Ск заряжен с полярностью, указанной на рис. 3.17 без скобок. В момент t = t0 на вспомогательный тиристор VS[ подается управляющий импульс, он включается, и начинается колебательный перезаряд емкости Ск по 0 ... 19 20 21 22 23 24 25 ... 49
|
