Розанов Ю.К. Основы силовой электроники (1992) (1096750), страница 21

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 21)

Для перевода схемы в ин- дера л Ю еа эе аа верторный режим необходимо Иябер торный переключить тиристор Ь'5 или «аЬ рпн«ы батарею АБ так, чтобы катод тиристора был соединен с выгяг водом «минус» батареи. Рассмотрим инверторный режим более подробно. Передача энергии от одноеы го источника к другому происходит тогда, когда ток от тят еяе я отдающего источника направа я ф лен навстречу ЭДС источника, рнс. зл.

Олнонолунернолный ннверпрнни мак)щего эту энергию, топл В рассма'грнваемом случае пе а — схема; б н е — лнагоаммы токов н вапряневнй на элемевтал слемы а выпрямиредача энергии в СЕть От акку- тельном н вваерторвом рсннмак муляторной батареи будет происходить, когда ЭДС сети е,а направлена навстречу току та. На рис. 3.1, в представлены диаграммы напряжений и тока в элементах схемы для инверторного режима.

Если в момент Э, на тиристор Р5 подать управляющий импульс, то тиристор включится, поскольку вплоть до момента Э, напряжение и,а по абсолютному значеннкэ'-меньше напряжения Ул. Под воздействием разности напряжений Уа — и.а в цепи начнет протекать ток тл, противоположный по знаку напряжению сети и,а. Наличие в схеме сглаживающего реактора Ел ограничивает скорость нарастания этого тока и его максимальное значение. За счет энергии, накапливаемой в реакторе, ток продолжает протекать через тнристор после того, как напряжение и,в по абсолютному значению будет больше напряжения Ул и станет равным нулю в момент 9з, соответствующий равенству заштрихованных областей на рис.

3.1, в. «) !05 Рнс. 3.2. Однофазный инвертор со сре- дней точкой; а †схе; я †диаграм токов н напране. яий на злементал схемы ар ~ла,г мутация) Гег нута ци а) (тг<а< з тт) (~<и<те)али Х (' У3 к1 Рнс. 3.3. Векторные диаграммы первых гармоник токов и напряаеннй для выпрямительного н инверторного режимов работы преобразователя Схемы зависимых инверторов по существу не отличаются от схем управляемых выпрямителей. Поэтому они могут рассматриваться как схемы реверсивных преобразователей, способных передавать электрическую энергию из сети в источник постоянного тока (выпрямительный режим) и наоборот (инверторный режим). Учитывая, что схема однополупериодного инвертора из-за плохих технико-зкономических показателей не нашла распространения, рассмотрим работу в инверторном режиме однофазной двухполупериодной схемы со средней точкой и трехфазной мостовой схемы.

Последняя из-за ряда преимуществ получила наибольшее распространение в инверторах средней и большой мощности. При рассмотрении схем будем принимать аналогичные указанным в й 2.! допущения об идеальности элементов схемы. Будем учитывать индуктивность рассеяния трансформатора.

Индуктивность сглаживающего реактора 2.„примем равной бесконечности. 3.1.1. ОДНОФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР СО СРЕЙНЕЙ ТОЧКОЙ На рис. 3.2, и представлена схема инвертора, в которой объединенные между собой катоды тир нет оров соединены с минусом источника постоянного тока. Предположим, что ток проводит тиристор гЯи а потенциал точки Ь вторичной полуобмотки отрицателен по отношению к средней точке О, т.

е. нас<0. В этом случае энергия от источника постоянного тока поступает через трансформатор в сеть. Это обусловлено тем, что ток ггзз, проходящий через полуобмотку трансформатора, направлен навстречу напряжению иво на ней. Изменение во времени напряжений на полуобмотках трансформатора при достаточно большом значении 1.а практически не влияет .на ток 1,. При этом пульсации напряжения, обусловленные разностью мгновенных значений напряжений вторичных пол у обмоток трансформатора и источника постоянного тока, будут приложены к реактору т.а. Для обеспечения инверторного режима угол управления и должен быть больше я/2.

Поэтому обычно при анализе схем угол управления в инверторном режиме принято отсчитывать в сторону опережения (влево) относительно сдвинутых на угол а моментов естественной коммутации в схемах с неуправляемыми диодами (или относительно угла и=я в схемах с тиристорами). Угол, исчисляемый по такому принципу, называется углом опережения и обозначается р.

Угол 13 связан с углом сс соотношением 0=к-и (3.!) В момент Эг на тиристор РЯг подается управляющий импульс. Так как в этот момент анод тиристора имеет 1Об положительный потенциал относительно катода (и,в>0), тир истор Ю, включается. Вторичные пол у обмотки трансформатора оказываются замкнутыми накоротко, в результате возникает ток короткого замыкания г';, направленный навстречу току, протекающему через тиристор Юи т.

е. начинается процесс естественной коммутации, который протекает идентично с рассмотренным в й 2.3. Когда в момент Вз процесс коммутации заканчивается (длительность его так же, как и в выпрямительном режиме, выражается углом Т), тиристор и'5, выключается и к нему прикладывается обратное напряжение и,за=и,а. ТиРистоР )г5, имеет возможность восстанавливать свою запирающую способность до тех пор, пока напряжение и„не изменит свой знак (когда потенциал точки Ь станет Ю1 больше потенциала точки а). Угол, соответствующий этому интервалу времени, называется углом запаса и обозначается Ь. Углы ~3, Т и Ь связаны соотношением 6 = у+Ь. (3.2) Тиристор Г5, проводит ток до момента 04.

Перед этим, в момент В„управляющий импульс поступает на тирисгор к'5„в результате чего происходит процесс коммутации и тиристор Р5, включается, а Р5, выключается. Далее рассмотренные процессы периодически повторяются. Из характера электромагнитных процессов видно, что они во многом сходны с процессами, протекающими при работе выпрямителя на противо-ЭДС.

Основное отличие состоит в том, что в инверторном режиме источник постоянного напряжения включен с противоположной полярностью относительно тиристорной группы и отдает энергию в сеть, Так как управляющие импульсы подаются на тиристоры с опережением на угол р относительно сдвинутых на угол и моментов коммутации, то поступающий в сеть ток г', проходит через нуль в сторону положительных значений раньше, чем проходит через нуль напряжение и„в в сторону отрицательных значений.

Поэтому первая гармоника тока г',, сдвинута относительно напряжения — и„в в сторону опережения на угол, приблизительно равный Д вЂ” Т/2, что видно из диаграммы на рис. 3,2, б. Векторные диаграммы тока 1„и напряжения (1ав для выпрямительного и инверторного режимов работы преобразователя показаны на рис. 3.3, В выпрямительном режиме первая гармоника тока сдвинута относительно напряжения 11 и в стоРонУ отставаниЯ пРиблизительно на Угол а+ Т/2 (см. 9 2.3). Из векторной диаграммы видно, что в инверторном режиме активная составляющая тока 1„, направлена навстречу напряжению сети, что соответствует поступлению в нее активной мощности. Реактивная составляющая тока 1„„как и в выпрямительном режиме, отстает на „угол я/2 от напряжения сети.

Следовательно, в обоих режймах преобразователь является потребителем реактивной мощности. Напряжение иа на входе схемы, называемое также противо-ЭДС инвертора, имеет пульсацию, которая зависит от углов р и Т и определяется по тем же соотношениям, что и для выпрямительного режима, если угол сс в них заменить на угол р.

Среднее значение напряжения и„равно напряжению источника (14. Связь между действующим значением напряжения (1з на вторичной полуобмотке трансформатора (это напряжение зависит от напряжения сети переменного тока и коэффициента трансформации трансформатора) и напряжением 114 источника постоянного тока подобна выражению для среднего значения 108 ЗД.Е.

ТРЕХФАЗНЫЙ МОСТОВОЙ ИНВЕРТОР схема трехфазного мостового диаграммы токов и напряжений , так же как и в однофазной, На рис, 3.4 представлена инвертора на тиристорах и на ее элементах. В этой схеме управляющие импульсы подаются на тиристоры с опережением на угол р относительно моментов времени, соответствующих началу коммутации тиристоров при работе схемы в режиме неуправляемого выпрямителя (сс = 0). Указанные моменты времени соответствуют прохождению через нуль линейных напряжений вторичных обмоток трансформатора, т. е. пересечению синусоид фазных напряжений и„иа и ио Рассмотрим работу схемы, счйтая, что ток (а, как и в выпрямительном режиме, идеально сглажен, т.

е. за=14. На интервале Зо — Вз под воздействием напряжения источника 114 ток 14 проходит через тиристоры Г5,, Р5т и вторичные обмотки трансформатора (фазы а и с). При этом мгновенное значение противо-ЭДС инвертора иа (рис. 3.4, б) равно разности напряжений и, и и.. В момент В г, определяемый углом опережения ~3, который задается системой управления инвертора, подается управляющий импульс на ти- Рис.

3.4. Трехфазный мостовой инвер- тор: а — схема, о — диаграммы коков и ваираие- иий иа эдемеитак схемы 109 выпрямленного напряжения выпрямителя. Для холостого хода инвертора получим 2 гг2 (14 о — — (1з сои нм. Другие соотношения также подобны приведенным в 9 2.2 для случая активно-индуктивной нагрузки однофазного выпрямителя. ристор !Ж.

Этот тиристор включается, в результате чего фазы а и б вторичных обмоток трансформатора оказываются замкнутыми накоротко и в них начинает протекать ток короткого замыкания, направленный навстречу току ! ь протекающему через тирисгор ГЯь Иначе говоря, начинается процесс коммутации, аналогичный процессу коммутации в трехфазной мостовой схеме выпрямителя (см. з 2,3), длительность которого выражается углом Т.

Напряжение щ на интервале коммутации становится равным напряжению и, минус полусумма напряжений и. и ив. После окончания процесса коммутации ток будут проводить тирисгоры Юг и !'5ь а к тиристору будет приложено обратное напряжение г'о> в течение времени, определяемого углом 8 согласно (3.2).

Далее коммутация тиристоров идет в соответствии с их нумерацией, указанной на рис. 3.4, а. Длительность проводя2я щего интервала каждого вентиля равна — +Т. 3 Напряжение источника 11гв при холостом ходе инвертора связано с действующим значением фазного напряжения трансформатора соотношением 3 /6 11г в — — (/г сов (3. я (3.4) Остальные соотношения для инверторного режима подобны соотношениям, приведенным для данной схемы, работающей в выпрямительном режиме на активно-индуктивную нагрузку Я 2.2).

ЗЛ.З. БАЛАНС МОЩНОСТЕЙ В ИНВЕРТОРЕ. ВЕЙОМОМ СЕТЬЮ (3.5) Р= Уг1ь где (/„ и 1г †напряжен источника и среднее значение тока на входе инвертора. Эту же мощность на стороне переменного тока (например, для однофазной схемы) можно выразить известным соотноше!!о При рассмотрении принципа действия инвертора, ведомого сетью, было сказано, что первая гармоника сетевого тока, который имеет несинусоидальную форму, сдвинута относительно сетевого напряжения на угол, примерно равный ()-Т/2. В результате ведомый инвертор, передавая активную мощность от источника постоянного тока в сеть, потребляет из нее реактивную мощность. Рассмотрим баланс мощностей в системе: источник постоянного тока — инвертор — сеть, полагая КПД инвертора равным единице. Активная мощность, потребляемая инвертором от источника постоянного тока, равна пнем, учитывая, что угол сдвига между первой гармоникой сетевого тока и напряжением сети примерно равен р —,'2 (см. рис.

Характеристики

Список файлов книги