Розанов Ю.К. Основы силовой электроники (1992) (1096750), страница 26
Текст из файла (страница 26)
9 3О зб58 129 где гр„— 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 1 значением коммутируемого тока и напряжением на них бс, которое примерно равно /2 Уи а1п гр„: уаг, С,г =С,г> — '. (3.31) 2и Время выключения тиристоров ге в данной схеме будет соответствовать времени спада напряжения на конденсаторах до нуля при их перезаряде. хг 3.2.2. ИНВЕРТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ а) Рис. 3.13.
Инвертор тока с аотсекаюпгими» диодами: а — схема; Š— диаграммы тока и.иапркиеииа иа злемеитах схемы Предположим, что в проводящем состоянии находятся тиристоры 1'5,, К5а и диоды П),, И), 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 И), И)з.
При подаче управляющих импульсов на тиристоры г Г5г, )г5з под воздействием разрядного тока конденсаторов С„ и С,г происходит процесс коммутации. В результате тиристоры Юх, 1'5а выключаются и ток Та начинает протекать по цепи тир истор 1'5г — конденсатор ф— диод П),— нагрузка ӄ— диод П)в — конденсатор С,г — тиристор К5 . Ток 2 перезаряжает конденсаторы С„, С,г, и, когда напряжение на них изменит знак и достигнет значения, рави з а ого выходному напряжению, диоды П),, И)а выключаются, а ток начинают проводить диоды И)г, П)з. 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 коцденсаторах. 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 (3.30) н Уа Ух= —— 2 /2 соа гр, 130 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 н реактивных элементов нагрузки, поэтому рассмотрим работу схемы для двух типичных случаев, когда эти элементы соединены последовательно или параллельно.
Последовательное включение активно-индукзэзвной нагрузки. На рис. 3114, а представлена схема инвертора на транзисторах УТх — РТа, зашунтированных в обратном направлении диодами И), — И)„, которые служат для возврата реактивной мощности нагрузки в источник постоянного токае. Примем следующие допущения; 1) транзисторы и диоды являются «идеальными», т. е. нх 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 УТх и ГТ,„ напряжение на нагрузке имеет полярность, указанную йа рис. 3.14, а (без скобок), а ток нагрузки нарастает по е о В этом типе схем рационально использование в качестве клхочевых элементов интегральных полупроводниковых модулей с полной управляемостью и двухсторонней проводимостью (см, гл. 1). 131 кле Рис. 3.15, Однофазный инвертор напрюкения на транзисторах с параллельным соелинением активной й„ и индуктивной Е„ составляющих нагрузки: а- схема; б анаграммы токов а напряжений на элементах схемы Рис.
3.14. Однофазный инвертор напряжения на транзисторах с последовательным соелинением активной я„и индуктивной Ь„составляюглих нагрузки: а--схема; б — хна~ раммы токов н напряжений на элементах схемм ха!„ " К9 (3.32) и, г'„= + — +Ае (з.зз) Гв "нм~ (3.34) 133 экспоненциальному закону. В момент 9=я поступают управляющие импульсы, запирающие транзисторы 1'Т„Ъ'Та н отпиРающие УТз, ~'Тз, ПосколькУ ток г„в индУктнвности нагрузки не может измениться скачком, то он продолжает протекать в том же направлении, но уже не через транзисторы УТг и и'Та, а через диоды Иуз и Иу„которые включаются при выключении транзисторов тгТг и 1'Т из-за возникновения противо-ЭДС индуктивности нагрузки, превышающей напряжение источника питания Уа.
Включение диодов Иу, и Изз приводит к изменению знака напряжения нагрузки на противоположное (полярность, указанная на рис. 3.14, а в скобках). Под воздействием встречного напряжения ток нагрузки !„, протекающий через диоды Иуз, ИЗз в источник питания, будет уменьшаться также по экспоненциальному закону. При спадании тока г'„до нуля (в момент 9=9,) диоды Иуз и Иуз выключаются н ток нагрузки !32 начинают проводить транзисторы 1'Тз и г'Тз, на базах которых с момента 9=я присутствует управляющий импульс.
Далее аналогичные процессы пе иодически повторяю с . Т е р тя. ной о м аким образом, на нагрузке будет напряжение прямо ф р ы. Ток нагрузки будет иметь экспоненциальную И оугольформу, а значение его определится параметрами нагрузки. Ток через обратно включенные диоды Иу! — И34 начнет протекать на интервалах, начала которых совпадают с моментами поступления управляющих импульсов, а длительность зависит от индуктнвности нагрузки. Во время протекания тока через диоды Иу! — И34 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 рнс. 3.14, б. от На этой диаграмме положительные площади соответствую даче энергии источником постоянного напряжения, а оту т рицательные — приему. оп е Закон изменения токов в схеме удобно в данном сл р делить, используя метод мгновенных значений так к учае ток на агрузки в момент коммутации не изменяет своего как значения.
Дифференциальные уравнения для тока нагрузки на интервалах 9о — я и я — 9, имеют следующий вид: д ыы плюс сответствует интервалу 9о — я а знак нус— интервалу я — 9„. аз = 2л( Т. Запишем решение уравнения (3.32) в общем виде где т=Е„(Я„.
П остоя иная интегрированная А определяется из условий непрерывности тока нагрузки при коммутации и повторяемости его формы в каждом периоде в установившемся режиме работы: при 9=0 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). 3.2дсИНВЕРТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ НА ТИРИСТОРАХ Основная проблема использ ключевых элементов заключаетс ования тнристоров в качестве я в том, что тнристор, 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 т'.С-контуром, генерирующим короткие импульсы тока для выключения основных тиристоров.
Этот контур может присутствовать в схеме в неявном виде, когда к. и С разделены основными тирнсторами силовой схемы, как, например, в широко известной схеме Мак-Муррея (рис. 3.16,а), но в большинстве случаев к. и С непосредственно соединены между собой и отделяются от основной цепи вспомогательными коммутирующими тиристорами, которые подключают х.С-контур только на время коммутации. При рассмотрении работы инверторов напряжения, выполненных на тиристорах, обычно выделяют два су1цественно различных интервала времени — межкоммутационный и коммутационный. Первый определяется частотой переключения основных тиристоров. Длительность интервала / бл "е Рис.
3.16. Инвертор напрвиеник с индуктивностью коммутирующего 7„С.- контура в пепи нагрузки: л — схема; б — анаграммы токов н наораженнй ва элементах схемы 136 коммутации определяется параметрами х,С-контура и значительно короче интервала между коммутациями. Форма выходного напряжения и электромагнитные процессы во внекоммутационные периоды в тиристорных и транзистбрных инверторах подобны. Электромагнитные же процессы в интервалах коммутации зависят от способа коммутации и параметров схемы.
На рис. 3.16, б представлены диаграммы токов н напряжений на элементах схемы, в которой контур искусственной коммутации непосредственно связан с силовой цепью. Коммутационные интервалы Эо — 9з специально растянуты и не соответствуют их реальной длительности в сравнении с периодом изменения выходного напряжения. Предположим, что перед включением тиристора Р'оз ток проводил тиристор Го, и конденсатор С. был заряжен с полярностью, указанной на рис. 3.16,а без скобок.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
