Розанов Ю.К. Основы силовой электроники (1992) (1096750), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Увеличение мощности нагрузки вызывает обратное явление, в результате которого происходит уменьшение угла б. Для стабилизации (регулирования) угла р в мнверторах тока применяют специальные устройства, позволяющие обеспечить заданный угол 13 в различных режимах работы инвертора. Принцип действия таких устройств основан на изменении активной, активно-реактивной или реактивной мощности на выходе инвертора. Поэтому они по существу являются регуляторами мощности. Стабилизация (регулирование) угла 13 в этом случае осуществляется за счет компенсации изменения мощности нагрузки. Например, если мощность нагрузки уменьшилась и возник избыток реактивной мощности конденсаторов, то согласно (3.56) для обеспечения постоянства угла р необходимо уменьшить реактивную мощность конденсаторов или увеличить мощность, потребляемую дополнительными устройствами — регуляторами мощности, которые будут в этом случае поглощать избыток реактивной мощности, генерируемой конденсаторами.
Таким же способом при неизменной нагрузке можно регулировать угол р, а следовательно, и выходное напряжение. Регулирование мопшости на выходе инвертора может использоваться и в цепях регулирования частоты выходного напряжения, если угол 13 фиксирован системой управления. В частности, такие регуляторы мощности используются для стабилизации частоты в инверторах с комбинированным возбуждением 1141, принцип управления которыми рассматривается в ~ 5.3. Практическое применение для компенсации изменения мощности нагрузки нашли тиристорные регуляторы реактивной и активно-реактивной мощности различных типов. Среди них наибольшее распространение получило компенсирующее 155 (3.60) устройство, выполненное на !тл! основе -реактора, включенного последовательно со встречно- параллельно соединенными ттв т! ~ те тиристорами (рис.
3,25, а). Допустим, что на входе и а компенсирующего устройства тля имеется синусоидальное напря- ттвт,(- — -л х жение, потери энергии в схеме а равны нулю, а тнристоры идее 1 ' — ..; — 'л альные. Если в момент 9о, находящийся в интервале от 1 я1'2 до я, подать управляющий ! ~~а импульс на тиристор р'51, то !в он включится и через нйдук- 5) тнвность 2,о начнет протекать рис.
3.25. компенсирующее ус!ров- ток. Этот ток можно пред- ство, выполненное на основе реактора ставить в виде суммы двух со встречно-параллелвио включенны- составляющих — свободной 1;,(9) и установившейся 1„(9); 1; (9) = 1гв! (9) = !;,(9)+ 1т (9). (3.57) Установившаяся составляющая 'т(9)= — — сов Э, с1 (3. 58) ю~е где Ао — индуктивность реактора; 17 — амплитуда приложенного напряжения. Свободную составляющую можно определить из закона коммутации тока в индуктивных цепях, согласно которому ток в момент коммутации в индуктивности скачком не 'изменяется, т.
е. в момент Эо 1„(Эо) = 1„(9)+ 1„(9) = О. (3. 59) Из (3.58) и (3.59) следует и. 1„(Зо) = — сов Эо. ют-о Так как свободная составляющая из-за отсутствия потерь в схеме не затухает, то 1„ (9)= 1„(Зо). При угле управления а=я — Э<! получим: 1с(Э) = — — (сова+сов 9). (3.61) ю7.о Диаграммы изменений тока и напряжения представлены на рис. 3.25,6. В момент Э,=я+а ток 1ь(9) становится 15е равным нулю и тиристор р'о! выключается.
Затем в момент времени Эт подается управляющий импульс на тиристор р'от и ток в реакторе начинает протекать в противоположном нпправлении. Ток в реакторе при периодическом следовании управляющих импульсов имеет периодический характер, и его можно разложить в гармонический ряд. Действующее значение первой гармоники тока 2 / 1 4! =-1н~ а — -$1п2а и "(, 2 (3.62) пхе ха= 1 2 а — в1п2а) 2 (3.63) где хо=о!с,о †индуктивн сопротивление реактора т.о на частоте входного напряжения. Регулирование компенсирующего устройства приводит к изменению потребляемой им реактивной мощности. Следовательно, изменяя угол а, можно компенсировать изменение мощности нагрузки на выходе инвертора таким образом, чтобы угол р оставался на заданном уровне.
Для того чтобы сохранять значение угла р, а следовательно, и выходного напряжения на заданном уровне во всем диапазоне изменения нагрузки от холостого хода до максимального значения, необходимо, чтобы О, жа>Р„(18<р „+18(3 .), (3.64) где тр „— максимальное значение угла сдвига между первыми гармониками напряжения и тока нагрузки; Дх — максимальная реактивная мощность, потребляемая компенсирующим устройством при угле а=к/2.
157 где 4„= К„!то1„), И з (3 62) следует что изменяя угол а в интервале от О до я/2, получаем изменение действующего значения тока первой гармоники в диапазоне от 'нуля до т„. Необходимо отметить, что увеличение угла а сверх я/2 приведет к тому, что проводимость соответствующего тнристора станет больше половины периода. Это вызовет нарушение в симметричности работы тнристоров Ю, и Р'ов, так как если интервал' проводимости одного тиристора больше чем я, то второй к моменту подачи на него управляющего импульса будет шунтирован первым и не вступит в работу. Снижение тока 1,! при уменьшении угла а эквивалентно увеличению индуктивного сопротивления всей цепи компенсирующего устройства, что можно выразить соотношением Отсюда, учитывая (3.64), можно получить следуюшее соотношение для определения иидуктивиости х.о: 2,о 1/оу С„ (3.65) где оу — частота выходного напряжения иивертора; С, — емкость, устаиоалеииая иа выходе иивертора.
Рассматриваемый тип компенсирующего устройства улучшает форму кривой выходного напряжения, Это объясняется тем, что обычно его расчетная мощность выбирается из условия полной компенсации мощности конденсатора Дс. Последняя определяется из условия обеспечения устойчивой работы иивертора в режимах кратковременных перегрузок, т. е. с запасом по отношению к номинальной нагрузке. Поэтому к выходным шинам иивертора оказывается постоянно по дключеииой эквивалентная индуктивность компенсирующего иом устройства. Наличие же индуктивной нагрузки в параллельи ииверторе существенно улучшает форму его выходного иапряжеиия. Указаииые преимущества обусловили широкое применение к омпеисирующих устройств рассматриваемого типа в ииверей торах тока. В целях улучшения массогабаритиых показателе ииверторов тока разработаны их различные модификации. 3.4.3.
РЕГУЛИРОВАНИЕ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПОСРЕДСТВОМ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИИ (ШИМ) "и гн хн и» рис. 3.2б. Ш р но-импульсная модудяпия в однофазном инверто„ нвя: выходе ниве а а — -диаграмма напряженна при активной нагрузке: б — диаграммы тока в напраж рт ра прн активно-нндуктввной нагрузке; е — диаграмма управлжоших ения на импульсов, обеспечнваюпшх шунтирование нагрузки; г — диаграмма выходного напряженна инвертора при шувтнрованвн нагрузки 4У, . л(и — гх) (3.67) где л — номер гармонической составляющей (и=1, 3, 5...). На практике часто требуется стабилизация действующего значения первой гармоники выходного напряжения при изменении входного в диапазоне от ьул мз„до аул „.
Для этого необходимо изменять угол управления от нуля (при ьул=(Ул ы) до и „(при ьзл=(ул„,„): Этот способ регулирования в основном используется в схем хи а иверторов напряжения. Суть его заключается в изменении тов длительности проводящего состояния ключевых элемеи схемы иивертора по определенному закону. Рассмотрим этот способ иа примере одиофазиой схемы иивертора напряжения, выполненной иа транзисторах (см. Рис. 3 15). Если нагрузка чисто активная, то форма тока повторяет форму напряжения и широтно-импульсное регулирование выходного напряжения можно осуществить уменьшением длительности управляющих импульсов иа угол и (рис.
3.26,а). Действующее значение выходного напряжения иивертора при таком способе управления транзисторами и чисто активной нагрузке будет равно (3,66) Д "ствующие значения гармонических составляющих выходей ного напряжения при длительности проводящего состоя и транзисторов ) „г=я-п вычисляются по формуле 158 ггл и и, „= к — 2 агсгйп ГУл (3.68) При этом будет изменяться гармонический состав выходного напряжения. С увеличением угла се относительное содержание высших гармоник в кривой выходного иаир яжеиия будет увеличиваться.
Если нагрузка активно-индуктивная, то после выключения транзисторов ток в нагрузке продолжает в течение некоторого времени, определяемого'количеством запасенной энергии в реактивных элемеитах нагрузки, протекать в прежнем иаправлении через обратно включенные диоды. При . включении обратных диодов выходное напряжение изменяет свой злак иа противоположный (рис. 3.26,6). В момент снижения тока нагрузки до нуля напряжение иа нагрузке вновь становится равным нулю.
Появление отрицательной площадки в кривой выходного напряжения изменит его гармонический состав. Для устранения этого нежелательного явления было бы необходимо иа время паузы и шуитировать нагрузку,' например, 159 с помощью двух встречно-параллельно соединенных транзисторов. Однако это усложняет схему. Значительно проще данная задача решается изменением способа осуществления широтно-импульсной модуляции.
На транзисторы каждого плеча схемы подаются непрерывные управляющие импульсы с изменяющейся через промежуток я полярностью (рис. 3.26, в). Положительная полярность импульса соответствует включению, а отрицательная — выключению транзистора. Управляющие импульсы одного плеча могут сдвигаться относительно импульсов другого на угол сс. При таком способе управления на интервале Π— 9о включены транзисторы КТ, и КТ4, а начиная с момента Эо на транзисторы КТ4 и КТв подаются управляющие импульсы.
Ток нагрузки начинает протекать через транзистор (УТт и обратный диод у'хуа. Это цепь шунтирует нагрузку, и выходное напряжение становится равным нулю. Короткого замыкания на стороне постоянного тока инвертора при этом не возникает, так как транзисторы КТз и КТ4 выключены, Напряжение на выходе инвертора остается равным нулю в течение всего интервала Во-я, соответствующего углу управления а. Когда ток нагрузки спадет до нуля, что приведет к выключению диода рх3м транзисторы (уТз и КТ4 останутся в закрытом состоянии и напряжение источника на нагрузку не поступит. В момент и поступают отпирающие импульсы на транзисторы РТз и )гТз.
На транзисторе КТх в этот момент уже присутствует управляющий импульс, поэтому транзисторы (УТ, и 1'Тз включаются и на нагрузке формируется напряжение прямоугольной формы, но противоположной полярности. При таком способе регулирования выходное напряжение инвертора не будет зависеть от параметров нагрузки и форма его будет соответствовать работе инвертора с ШИМ на чисто активную нагрузку (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
