Розанов Ю.К. Основы силовой электроники (1992) (1096750), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Это напряжение является прямым для тиристоров )гЯг и Юз, они включаются и цепь нагрузки оказывается замкнутой накоротко через все открытые тир исторы схемы. В результате этого возникает разряд коммутирующего конденсатора С,. Ток разряда распределяется по двум контурам. В одном контуре он направлен навстречу току, протекающему через тиристор Р'Я„а в другом — навстречу току, протекающему через тиристор ГЯ4. е В общем случае выходное напряжение инвертора несинусоидально, но наличае фильтра позволяет при анализе не учитывать высшие гармоники выходного напряжения.
124 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=О). После выключения тиристоров 1'Яз и 1'о4 ток начинает проходить через тиристоры ряг и Юз, вследствие чего направление тока нагрузки скачком изменяется. Напряжение ин в момент коммутации не изменяется из-за наличия в схеме конденсатора С„. К тиристорам ГЯг и 1'Яе скачком прикла- ДываетсЯ обРатное напРЯжение ирбз = и„бе = У„Яп 1) (Рис.
3.10,6), и они имеют возможность восстанавливать запирающие свойства. Для нормальной коммутации необходимо, чтобы выполнялось условие 1) > гвт„ (3.16) где «з — угловая частота выходного напряжения; 1 — время выключения тиристора. В противном случае после прохождения напряжения и„через нуль произозщет повторное включение тиристоров 1Жз и Юе, 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» иивертора, см. р 3.6). Для обеспечения условия (3.16) необходимо, чтобы вся нагрузка вместе с конденсатором С„имела емкостный характер и ток 1„опережал напряжение и„. Так как индуктивность сглаживающего реактора принята Ля=со, ток 14 в инверторе идеально сглажен и соответственно выходной 'гок г„имеет прямоугольную форму (рис.
3.10,6). Однако при анализе методом «основной» гармоники учитывается только первая гармоника этого тока („г (показанная на рис. ЗЛ0,6 штриховой линией). Высшие гармоники этого тока полагаются отфильтрованными конденсатором С„и фильтром на выходе инвертора в соответствии с принятым допущением о синусоидальности выходного напряжения. Первая гармоника инвертируемого тока 1'„распределяется между конденсатором С„(составляющая 1,) и -нагрузкой (составляющая г„). .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 11 имеет положительное значение при условии преобладания емкостного тока 1с над реактивной составляющей тока нагрузки 1„ Используя известные в электротехнике соотношения и векторную диаграмму на рис.
3.10,в, угол р можно выразить следующим образом: 125 (3.17) !8!3= — !йср„, у„сов <р, (3.21) 11„= (3.22) 2 '2 Зависимость (3.22) является внешней характеристикой инвертора, только в качестве переменного параметра в ней фигурирует не ток нагрузки, а проводимость нагрузки т„. Необходимая емкость С, как функция параметров нагрузки в соответствии с (3.20) и (3.17) может быть вычислена по формуле Р.(~8 Р+вкЧ.) (3.23) 17 в Согласно (3.17) и (3.22) угол !3 и выходное напряжение являются функциями параметров нагрузки и емкости конденсатора С„.
На рис. 3.10, г представлена графическая интерпретация этих зависимостей, из которых видно, что внешняя !2б где )с = аС вЂ” модуль проводимости конденсатора С„ У„= 1/ӄ— модуль проводимости нагрузки. Напряжение на нагрузке и необходимую емкость С, удобно представить в виде функций параметров нагрузки, полученных из баланса активных и реактивных мощностей: Р„= (7„14 = (7„1, сов ~3; (3.18) Д,=Р„!8~3; (3.19) Д,=Де — Д„= 11„'ьС,— Р„!8~Р„, (3.20) где Р,— активная мощность нагрузки; Дс — реактивная мощность конденсатора; Д„ †реактивн мощность нагрузки; Д,— реактивная мощность, потребляемая инвертором.
Из соотношения (3,20) видно, что реактивная мощность, потребляемая инвертором, равна разности мощностей конденсатора С, 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 действуинцее значение можно выразить соотношением, используемым при анализе инверторов, ведомых сетью (5 3.1). л 174 11„= — —. 2 2 совр Учитывая (3.17), соотношение (3.21) можно записать в виде характеристика параллельного инвертора имеет круто падающий характер.
С ростом нагрузки (т. е. с увеличением проводимости 1„) уменьшается также значение угла !3. Режим работы тиристоров в схеме характеризуется следующими соотношениями: 1. Максимальные значения прямого и обратного напряжений на тиристорах: (3.24) (7г .„= /2 11„; (7я,.= /2 11„в)п '!3. 2. Максимальное 1„,„, среднее 1т,,г 1тлмв значения токов тнристоров: (3.25) и действующее 1 „=14=Р4~(14; 1т„л — — 141 2 = Рв! 2 114; 1тлмв=14~,/~ ° (3.26) Если на выходе инвертора установлен трансформатор, то при расчетах необходимо учитывать коэффициент трансформации, связывающий напряжение на выходе инвертора 17„и напряжение на нагрузке 17„. В схеме без трансформатора допустимое минимальное значение выходного напряжения (1„,„однозначно определяется из соотношения (3.21) при подстановке в него максимальных значений входного напряжения 114 „и необходимого значения угла !3, который рассчитывается по (3.16) с двух- или трехкратным запасом относительно времени гв, 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 $'Я!, 3'54 и Юв, ~'Яз. Последовательный иивертор 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- !27 а„/гбу к,« г,а га ав а,в а,» 1'„( С„з ~ озС„з 8~= ~ .+(1+ 1 " 1+2 — ' 81пгр„ (3.29) Рис. 3.11. Последовательный инвертор тока и зависимость его выходного напряжения от нагрузки ного напряжения параллельного инвертора справедливо и для последовательного,но угол опережения В связан с параметрами нагрузки формулой 18 13= -18 грв. У„ (3.27) Ус соз О, Напряжение на выходе инверториого моста У, (до коммутирующих конденсаторов С„) определяется соотношением (3.21).
Напряжение на нагрузке У„будет отличаться от выходного напряжения инвертора У„на падение напряжения на конденсаторе С, и выразится в следующем виде: У,= — — ' (3.28) и соз ~р„ Из (3.28) следует, что напряжение на нагрузке с1„в последовательном инверторе зависит от коэффициента мощности нагрузки, но не от ее проводимости. Поэтому при неизменном коэффициенте мощности соз гр, последовательный инвертор имеет «жесткую» внешнюю характеристику (рис. 3.11, б).
В то же время рост нагрузки приводит согласно (3.27) к увеличению угла )), а следовательно, к увеличению напряжения на выходе инверторного моста У„ отделенного от нагрузки последовательными конденсаторами С„. Рост напряжения У, ограничивает допустимые перегрузки в последовательном ннверторе. В области же малых нагрузок происходит уменьшение угла опережения 13.
Это может привести в режимах, близких к режиму «холостого» хода, к нарушению нормальной коммутации тиристоров вследствие недопустимого уменьшения угла 15 и нарушения условия (3,1б). Следовательно, благодаря последовательному включению конденсаторов С, внешняя характеристика инвертора становится «жесткой» в отличие от внешней характеристики инвертора с параллельным включением этих конденсаторов. В основном 128 Рнс.
3.12. Параллельно-последовательный инвертор тока и зависимость его выходного напряжения от нагрузки же электромагнитные процессы и методика расчета элементов схем последовательного н параллельного инвертора подобны. Параллельно-последовательный иивертор тока. Схема параллельно-последовательного инвертора тока представлена на рис. 3.12, а.
Инвертор содержит конденсаторы, включенные последовательно (С„) и параллельно (С„з) нагрузке. Поэтому он обладает свойствам как параллельного, так и последовательного инвертора тока, При этом в области малых нагрузок преобладают свойства параллельного ни вертора, в области больших нагрузок †последовательно.
Используя, как и в предыдущих случаях, метод основной гармоники, получаем следующее соотношение для угла В: Из (3.29) следует, что угол 1) будет стремиться к и/2 (это соответствует росту напряжения У,) как при уменьшении нагрузки до холостого хода, так и при перегрузках, вплоть до короткого замыкания. Согласно (3.21) напряжение (.г, на выходе инверторного моста (до конденсаторов С„) будет также увеличиваться с ростом угла 13. Однако внешняя характеристика инвертора, характеризующая изменение напряжения на нагрузке от ее проводимости, в определенном диапазоне будет сравнительно «жесткой» (рис.
3.12, б), причем этот диапазон нагрузок будет тем шире, чем выше коэффициент мощности нагрузки. Иивертор тока с «отсекяющими» диодами. В рассмотренных схемах коммутирующие конденсаторы обеспечивают емкостный характер нагрузки иа стороне переменного тока. Значение емкости конденсаторов можно уменьшить включением в схему «отсекающих» диодов (рис. 3.13, а).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
