Лекция (855794), страница 15

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

Текст из файла (страница 15)

Инымисловами, АИН по отношению к нагрузке ведет себя как источник ЭДС,т.е. выходное сопротивление инвертора близко к нулю.АИТ ведет себя по отношению к нагрузке как источник тока, т.е.выходное сопротивление инвертора весьма велико. При этом величина иформа напряжения на нагрузке зависит от величины и характера нагрузки.При реализации АРИ нагрузка является составной частьюколебательного контура. В этом случае ток нагрузки близок ксинусоидальной форме, а его величина практически не зависит от102величины нагрузки, а зависит от параметров реактивных элементовколебательного контура и напряжения источника питания.13.1. Принцип реализации схем автономных инверторовОсновной принцип реализации схем автономных инверторовзаключается в организации связи между источником питания и нагрузкойчерез электронные ключи (диоды, тиристоры, транзисторы).iнidRнuнК1iнЕd Ed 2 К3Ed 2 RнuнК4К2iн RнаК1uнК2бidЕd К1К2вРис.13.1Такая связь должна обеспечивать разнополярную импульсную формунапряжения или тока на выходе автономного инвертора.

Примерыполучения знакопеременного напряжения на нагрузке приведены нарис.13.1.Нетрудно видеть, что при периодическом замыкании и размыканиипопарно ключей К1, К3 и К2, К4, в схеме рис.13.1,а и периодическомзамыкании и размыкании ключей К1 и К2 в схемах рис.13.1,б,в к нагрузке(Rн) прикладывается напряжение источника питания (постоянноенапряжение), но с разной полярностью. В схеме рис.13.1,б к нагрузкеприкладывается напряжение + Ed /2 или - Ed /2 в зависимости от того,какой ключ проводит ток в данный момент времени. В схеме рис.13.1,в кнагрузке прикладывается напряжениеEd с учетом коэффициентатрансформации трансформатора.Автономный инвертор напряжения питается от источника ЭДС.Источник питания наряду с малым внутренним сопротивлением долженобладать способностью проводить ток в обоих направлениях.

Этитребования для любого источника постоянного напряжения будутудовлетворяться, если выходные зажимы источника питания (вход АИН)будут зашунтированы емкостью достаточно большой величины, так каксопротивление емкости большой величины будет весьма мало.103idEdИЕd 0СuнuнZнEd0абРис.13.2Наличие емкости на входе инвертора является отличительнойособенностью АИН (см. рис.13.2,а).

Мгновенное значение напряжения нанагрузке всегда будет определяться величиной напряжения источникапитания и не будет зависеть от величины и характера нагрузки, посколькув любой момент времени нагрузка через проводящие вентили подключенак источнику питания. В силу сказанного напряжение на нагрузке (см.рис.13.2,б) имеет импульсный знакопеременный характер.idiiIdLdИЕd 0uнiiZн0IdбаРис.13.3Отличительной особенностью автономного инвертора тока являетсяналичие на входе инвертора индуктивности достаточно большой величины(см рис.13.3,а). Такая индуктивность обладает большим сопротивлениемXL=L для переменной (изменяющейся) составляющей тока источникапитания, что ставит его в режим источника тока.В этом случае ключи инвертора изменяют направление тока на выходеинвертора (см.

рис. 13.3,б). Иными словами нагрузка питается отимпульсного источника тока, что и нашло отражение в названии схемы:автономный инвертор тока. В случае активно индуктивной нагрузки приизменении направления тока на выходе инвертора, энергия, накопленная виндуктивности нагрузки, переходит в энергию конденсатора, специально104включенного параллельно нагрузке. Таким образом, наличие большойиндуктивности на входе инвертора и конденсатора, включенногопараллельно нагрузке, является отличительной особенностью любогоавтономного инвертора тока.СкИLкЕd iнаRнEd0Iн0бРис.13.4В автономных резонансных инверторах (АРИ) конденсаторрезонансногоконтуравключаетсяпараллельнонагрузкеилипоследовательно (рис.

13.4,а). При подключении колебательного контурак источнику питания через соответствующие ключи в нагрузке протекаетток, форма которого на полупериоде близка к синусоидальной (рис.13.4,б).13.2. Автономные инверторы напряженияФормирование выходного напряжения АИНОднофазный инвертор. При реализации схемы автономного инверторанапряжения ключи Кдолжны обладать свойствами двухстороннейпроводимости.авбгРис.

13.4Причем в прямом направлении ключи должны быть управляемыми, т.е.момент включения ключа должен управляться системой управления.Такой ключ может быть реализован на биполярном или полевом105транзисторе, на однооперационном или двухоперационном тиристоре, наIGBT транзисторе или на любом другом приборе, работающем в ключевомрежиме и обладающем свойствами управления.Для придания ключу свойства двухсторонней проводимостиуправляемый вентиль шунтируют неуправляемым диодом, включенным вовстречном направлении. Примеры таких ключей приведены на рис.13.4id1idT1Еd iТаT2iDD1D2D3T3D4T4iнLнRнuнбРис. 13.4Принципиальная схема однофазного мостового АИН на IGBTтранзисторах приведена на рис. 13.4.

Временные диаграммы напряжений итоков в различных ветвях схемы приведены на рис. 13.5.Как следует из временных диаграмм, к точкеанагрузкиприкладывается положительный или отрицательный потенциал источникапитания в зависимости от того какой из ключей левого плеча инвертора:К1(T1 или D1) или К2(T2 или D2) находится в проводящем состоянии.То же самое относится и к потенциалу точки б в зависимости отсостояния ключей К3 или К4.

Если создавать условия для периодическоговключения и выключения диагонально расположенных ключей, то кнагрузке будет прикладываться знакопеременное напряжение (рис.13.5,а).Действующее значение такого напряжения:1π 2Uн  Ed d  Ed .π0В случае активной нагрузки форма тока нагрузки будет повторятьформу напряжения. Если нагрузка будет иметь активно индуктивныйхарактер, то при форме напряжения в виде меандра изменение токанагрузки находится из уравнения Кирхгофа для замкнутого контура вдифференциальном виде:diLн н  iн Rн   E d ,d106где знак плюс соответствует интервалу от нуля до  для положительногонапряжения на нагрузке.

В противном случае правая часть отрицательна.На интервале 1 —  ток проводят транзисторы T1 и Т4. Ток проходит отположительного полюса источника питания через названные транзисторы,нагрузку к отрицательному полюсу источника (см рис. 14.4 крупныйштрих - пунктир).К1,К4К2,К3К2,К3К1,К4uнEdа01iн223UакEdб0ITв0IDг0Idд0Рис. 13.5Решение дифференциального уравнения в общем виде содержитпринужденную (iпр) и свободную (iсв) составляющие тока нагрузки и научастке от нуля до  имеет вид:iн  iпр  iсвE d  Ae   ,Rн107где   2f н ,Lн,Rнfн – частота выходного напряженияинвертора.Постоянная интегрирования А определяется из условия непрерывноститока нагрузки и повторяемости его формы на каждом периоде вустановившемся режиме. Ток в конце каждого полупериода равен поабсолютной величине току в начале полупериода, но противоположен познаку (см.

рис.13.5,а). Исходя из сказанного можно записать:при  = 0 iн = -Iн max,при  =  iн = +Iн max.Подставляя начальные условия в общее решение, получим:E I н max  d  A ,RнEdоткуда A  e  I н max.E d  Ae  ,RнТогда окончательно временнаяRн (1 )(угловая) зависимость тока нагрузки примет вид:Ed2e(1 ).Rн1  e Знак плюс соответствует интервалу от нуля до  где напряжение нанагрузке положительно.Теперь рассмотрим подробнее, по каким контурам протекает токнагрузки в течение периода выходного напряжения. Начнем Временнаядиаграмма тока одного из транзисторов приведена на рис.13.5,в.

В моментвремени, соответствующий точке , система управления снимает сигналыуправления с транзисторов T1 и Т4 и подает сигналы управления,разрешающие прохождение тока через транзисторы T3 и Т2 . ТранзисторыT1 и Т4 запираются, но транзисторы T3 и Т2 ток не пропускают, так как прииндуктивном характере нагрузки ток не может скачком поменять величинуи направление. Индуктивность нагрузки создает условие для открыванияобратных диодов D3 и D2 и ток нагрузки продолжает протекать в том женаправлении через названные диоды и источник питания в обратномнаправлении (см. рис.

12.1 мелкий штрих пунктир). При этом напряжениена нагрузке автоматически изменяет полярность, так как точка а нагрузкичерез диод D2 будет подсоединена к минусу источника питания, тогда какточка б через диод D3 будет подсоединена к положительному полюсуисточнику питания.На интервале  — 2 энергия, накопленная в индуктивности нагрузкина предыдущем интервале, возвращается в источник питания. Временнаяiн  108диаграмма тока одного из обратных диодов приведена на рис.

135,г. Вмомент времени соответствующий 2 ток нагрузки изменяет своенаправление и создаются условия для прохождения тока черезтранзисторы T3 и Т2. При этом полярность напряжения на нагрузке неизменяется. Ток через эти транзисторы будет протекать до момента ихзапирания системой управления. Однако ток нагрузки не может мгновенноизменить свое направление и индуктивность нагрузки создаст условия дляотпирания диодов D1 и D4, что приведет к изменению полярностинапряжения на нагрузке.

Далее процессы повторяются.Среднее значение тока, протекающего через один из транзисторовнаходим, используя временную диаграмму рис.13.5,в:1 IT  iн d.2 1Среднее значение тока, протекающего через один из обратных диодов,находим, используя временную диаграмму рис.13.5,г:1ID  iн d.2 Напряжение на ключе (идеальном) равно нулю, если вентиль, илиобратный диод, подключенный к этому вентилю, проводит ток (см.рис.13.5,б). Когда транзистор (или его обратный диод) не проводит ток, ток нему через проводящий транзистор (или обратный диод) этого же плечаприкладывается положительное напряжение источника питания Еd(рис.13.5,б). Если учитывать, что на транзисторе и обратном диоде на этапепроводимости падает небольшое напряжение, то на транзисторе на этапепроводимости будет некоторое положительное напряжение, отличное отнуля, а на этапе проводимости к подключенному к нему обратному диодубудет прикладываться отрицательное напряжение, равное падениюнапряжения на диоде (рис.

Характеристики

Список файлов лекций