Раздел: Документация
0 ... 20 21 22 23 24 25 26 ... 49 контуру VS i — Ск — LK — VSi. Ток в контуре при указанных допущениях будет к = hm sn ю1с U (3-42) где 4л1= Uco\JСК/LKj (0к=1/у/ькСк, Uco — начальное напряжение на конденсаторе. Диаграммы токов и напряжений в схеме на интервале коммутации представлены на рис. 3.18. Коммутационные интервалы здесь, так же как и в схеме рис. 3.16,6, специально , растянуты по сравнению с интервалами между коммутациями. Параметры контура выбираются такими, чтобы амплитуда тока контура превосходила ток нагрузки примерно в 1,5 раза, что соответствует минимуму энергии, необходимой для коммутации. Когда ток контура it достигнет значения тока нагрузки 1Н (на рис. 3.18 это соответствует моменту г), ток в тиристоре VSi спадет до нуля и он выключится. Ток контура начнет протекать через обратный диод VDy. А в это время к тиристору VSX будет приложено обратное напряжение, равное прямому падению напряжения на диоде VDt. Время протекания тока через диод VD должно быть не меньше времени выключения тиристора tq. К моменту t2 ток диода VDi уменьшится до нуля и диод выключится, после чего ток нагрузки начнет протекать через тиристор VS\ и контур LxCi, перезаряжая конденсатор Ск. Начиная с этого момента напряжение на диоде VD2 изменяет свой знак и становится прямым, так как к нему прикладывается сумма напряжений конденсатора Ск и источника питания Ud. В результате диод VD2 включится и через него начнет протекать разность токов LK Ск-контура и нагрузки. Напряжение на нагрузке к этому времени изменит свою полярность и станет равным — Ud. Одновременно начнется уменьшение тока контура iK по колебательному закону, сопровождающееся дозарядом* конден- * Периодический дозаряд конденсатора С, в определенных режимах может приводить к значительному возрастанию на нем напряжения, которое обычно ограничивается наличием активных потерь. (уф
Рис. 3.18. Диаграммы токов и напряжений на элементах схемы рис. 3.17 при коммутации сатора Ск. В момент f4 ток в тиристоре VS\ становится равным нулю, он выключается, а ток нагрузки продолжает протекать через диод VD2. Протекание тока нагрузки через диод VD2 соответствует возврату энергии, накопленной в индуктивности нагрузки, в источник питания. После спадания тока нагрузки до нуля (t = t5) диод VD2 выключается, а тиристор VS2 (на котором в этот момент должен присутствовать управляющий импульс) включается. В результате изменивший свое направление ток нагрузки начинает протекать через тиристор VS2. Конденсатор Ск к этому времени будет заряжен с полярностью, необходимой для последующей коммутации тиристора. Рассмотренная схема с отделенными от цепи нагрузки коммутирующими контурами обладает рядом преимуществ по сравнению со схемой, изображенной на рис. 3.16. Это объясняется тем, что вспомогательные тиристоры VS\ — VS4 позволяют выключать основные тиристоры по сигналам системы управления в требуемый момент времени. В этом отношении данная схема является аналогом схем, выполненных на полностью управляемых приборах. Ориентировочный расчет параметров коммутирующего контура можно вести по следующим формулам: Ск«0,89/нпихв- LK«0,39 Ai max (3.43) гДе hmax—Максимальное значение коммутируемого тока нагрузки. Рассмотренный способ коммутации может быть успешно использован в схемах тиристорных инверторов напряжения как однофазного, так и трехфазного исполнения. В трехфазном инверторе к схеме, изображенной на рис. 3.17, добавляется еще одно плечо, состоящее из основных тиристоров, обратных диодов и коммутирующего устройства. 3.2.4. РЕЗОНАНСНЫЕ ИНВЕРТОРЫ В резонансных инверторах коммутация тиристоров происходит под воздействием колебательного LC-контура. Часть элементов этого контура обычно непосредственно соединена с нагрузкой. Схемы резонансных инверторов в основном используются для получения напряжения высокой частоты. Чаще всего они имеют однофазное исполнение, так как питают установки высокой частоты для индукционного нагрева   Рис. 3.19. Последовательный резонансный инвертор: а—схема; 6—диаграммы токов и напряжений на элементах схемы цепь подключена к источнику нием Ud и процессы в схеме уравнением: и ультразвуковой обработки, где трехфазный ток не применяется. Так же как и в инверторах тока, среди них можно выделить параллельные, последовательные и параллельно-последовательные инверторы. Последовательный резонансный инвертор. Схема последовательного резонансного инвертора является наиболее распространенной. Принцип действия последовательного инвертора и его основные характеристики рассмотрим на примере простейшей однофазной схемы (рис. 3.19, а). Допустим, что ток в цепи L — C—Rn носит колебательный характер, а частота собственных колебаний тока ю0 = 2я/Г0 совпадает с частотой поступления управляющих импульсов ю = 2я/Г. Когда ток проводит тиристор VSi, то постоянного тока с напряже-можно описать следующим dt С 0 (3.44) Решая уравнение (3.44), получаем для интервала 0—я i.(f)=t/<~g--o/flsinO)of> (3.45) где ю0 = 1 , LC 4L2 Q = n0LjRn. Когда ток i„ спадает до нуля, тиристор VSX выключается (на рис. 3.19,6 момент спадания тока до нуля соответствует Э = я, так как в рассматриваемом случае ю0 = ю, т. е. Эп = 0). Предположим, что тиристор VSt выключается мгновенно. Тогда, если в этот же момент 9 = я поступает управляющий импульс на тиристор VS2, он включается и на интервале я— 2 — я, ток /н будет изменяться по закону 4(/) = М0е-<»--)/2вяп(а)о/-я).(3.46) Если бы сопротивление Лн было равно нулю, то в схеме отсутствовали бы потери энергии и напряжение на конденсаторе от периода к периоду удваивалось. Наличие нагрузки R„ ограничивает рост напряжения на конденсаторе на определенном уровне. В реальных условиях необходимо иметь паузы 9П для выключения тиристоров VSi и VS2 (рис. 3.19,6) или принять меры для их принудительного выключения. Поэтому различают два способа коммутации: 1.Способ «квазиестественной» коммутации, когда время паузы /п = Эп/со0 больше времени выключения г,, т. е. схема работает с прерывистыми токами (рис. 3.19,6). Для этого нужно, чтобы ю<ю0- 2.Способ принудительной коммутации, когда ю>ю0. В этом случае последовательно с тиристорами VSi и VS2 включают коммутирующие реакторы со связанной магнитной системой, которые при коммутации создают необходимое запирающее напряжение на тиристорах. Действующее значение первой гармоники выходного напряжения (на сопротивлении RB) можно записать в следующем виде: 2/2 sЦя=* 2 R«-(3-47) Если колебательный контур выбран из условия резонанса на рабочей частоте инвертора и диапазон изменения нагрузки /сн таков, что затухание в нем мало, т. е. oiL*1/<dC 1 RH4L>«l/LC,j(3-48) то напряжение на нагрузке близко к синусоидальному, а его амплитуда практически не зависит от нагрузки («жесткая» внешняя характеристика). Однако при глубоких изменениях нагрузки от холостого хода до короткого замыкания инвертор теряет работоспособность: в первом случае из-за срыва инвертирования, так как электромагнитные процессы в контуре становятся апериодическими и тиристоры VSt и VS2 не будут отключаться; во втором—из-за возникновения больших перенапряжений на индуктивности и емкости контура. id vsi;vsv vs2;vs3 vs1,vs¥ V~S Г\ Г\ + r иац   Рис. 3.20. Диаграммы токов и напряжений на элементах схемы параллельного резонансного инвертора Рис. 3.21. Двухъячейковый резонансный инвертор Параллельный резонансный инвертор. Представленная на рис. 3.10, а схема параллельного инвертора тока одновременно является и схемой параллельного резонансного инвертора при соответствующем выборе параметров реактивных элементов схемы. Принцип действия резонансного инвертора следующий. Предположим, что в проводящем состоянии находятся тиристоры VSi, VS4, а конденсатор С заряжается от источника постоянного напряжения через индуктивность Ld по колебательному закону, причем период колебания зарядного тока такой, что ток спадает до нуля раньше, чем будут поданы управляющие импульсы на тиристоры VS2 и VS3. На диаграмме токов и напряжений (рис. 3.20) момент равенства тока в тиристорах обозначен . До подачи управляющих импульсов на тиристоры VS2, VS3 на интервале от 9Х до Э2 цепи постоянного и переменного тока отделены друг от друга выключенными тиристорами и к тиристорам VSi, VS4 приложено обратное напряжение Ur =Ur «KSI&VS2о (3.49) Для того чтобы тиристоры VSt, VS4 выключились, необходимо, чтобы на интервале от 9Х до Э2 напряжение оставалось отрицательным, а длительность интервала составляла 92-9!cof4,(3.50) где со—угловая частота следования управляющих импульсов. 144 В момент 92 поступают управляющие импульсы на тиристоры VS2, VS3, которые включаются. Напряжение на тиристорах VSi, VS4 скачком изменяется до ын(Э2), и далее начинается перезаряд конденсатора, напряжение на котором в момент 93 изменяет знак. Затем процессы в схеме периодически повторяются. Основные характеристики параллельного резонансного инвертора близки к характеристикам параллельного инвертора тока, однако в резонансном инверторе, работающем в режиме прерывистого тока id, можно получить более высокие частоты выходного напряжения. Резонансные инверторы, так же как и инверторы тока, могут выполняться по параллельно-последовательной схеме (см. рис. 3.12). В этом случае индуктивность выбирается из условия обеспечения режима работы с прерывистым током id во всем диапазоне изменения нагрузки. Многоячейковые инверторы. Для получения повышенных частот иногда используют последовательное или параллельное соединение однофазных резонансных инверторов. Примером может служить схема двухъячейкового последовательного резонансного инвертора, схема которого представлена на рис. 3.21. На нагрузке в приведенной схеме можно получить выходное напряжение двойной частоты по отношению к рабочей частоте одной ячейки, т. е. со = 2со„. Удвоение частоты в данной схеме получается за счет поочередного включения пар тиристоров ячеек. Например, если включены тиристоры VSt, VS2, то затем включаются тиристоры VS5, VS6, потом VS3, VS4 и т. д. В результате в нагрузку поступает напряжение удвоенной частоты. Для и-ячейкового инвертора частота выходного напряжения со = исоя.(3.51) Многоячейковые схемы могут быть также применены для повышения суммарной мощности инвертора. В этом случае мощность нагрузки будет равномерно распределяться между ячейками за счет одновременного включения соответствующих тиристоров каждой ячейки. 3.3. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ Полупроводниковый преобразователь, осуществляющий преобразование электрической энергии переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты, называется преобразователем частоты. Преобразователи частоты классифицируются по мощности, напряжению, числу фаз входного и выходного напряжений, схеме преобразования и т. д. Работа преобразователя и его 0 ... 20 21 22 23 24 25 26 ... 49
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
