Лекция (855794), страница 17

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

Текст из файла (страница 17)

На этапе 3 – 4 энергия, накопленная в индуктивности, возвращается висточник питания, а напряжение на нагрузке меняет знак, так как нагрузкаподключена к соответствующим зажимам источника питания черезпроводящие диоды. В момент времени 4 ток нагрузки изменяет свой знак,115открываются транзисторы Т2 и Т3, ток течет по контуру: источник питания,транзистор T3, нагрузка, транзистор T2, источник питания.

Аналогичнымобразом на интервале 2 – 5, ток протекает по контуру нагрузка, T3, D1.Нагрузка замкнута накоротко, напряжение на нагрузке равно нулю. Наинтервале 5 – 6, пока ток нагрузки не упадет до нуля, открываютсядиоды D1 и D4, напряжение на нагрузке меняет знак, источник питанияопять становится приемником электрической энергии. В момент времени6 открываются транзисторы T1, T4 и процессы повторяются.Таким образом, изменяя фазовый сдвиг между системамиуправляющих импульсов двух полумостов однофазной мостовой схемыможно с помощью системы управления (внутренними средствами)регулировать величину выходного напряжения в АИН.Широтно-импульсная модуляцияПри широтно-импульсном способе формирования кривой выходногонапряжениявыходноенапряжениеАИНформируетсяизпоследовательности высокочастотных импульсов разной длительности иразной полярности.

Длительность составляющих импульсов изменяетсятаким образом, что их среднее значение изменяется по заданному закону:синусоидальному, трапециидальному, треугольному или прямоугольному.Различают два типа широтно-импульсной модуляции (ШИМ):1. Однополярный ШИМ.2.Двухполярный ШИМ.При однополярной ШИМ выходное напряжение формируется изпоследовательности однополярных импульсов (рис.14.6) на полупериоденизкочастотной составляющей выходного напряжения. В этом случае приформировании импульса система управления должна обеспечить открытоесостояние двух накрест расположенных по отношению к нагрузкеключевых элементов (рис.14.4). Для образования паузы при активноиндуктивной нагрузке схема управления должна обеспечить протеканиетока нагрузки через два вентиля, подключающих нагрузку накоротко кодной из шин источника питания (например открытое состояние Т1 и D3).Ed0 =/nРис.

14.6116При двухполярной ШИМ паузы однополярной ШИМ заполняютсяимпульсами противоположной полярности (рис.14.6). При таком способеформирования выходного напряжения АИН всегда открыты двадиагонально расположенные вентиля в схеме рис.14.4 (два транзистораили два диода). В этом случае к нагрузке всегда прикладываетсянапряжение питания источника постоянного напряжения Ed с той или инойполярностью.Гармонический анализ показывает, что спектр напряжения приоднополярной ШИМ лучше, чем спектр напряжения при двухполярнойШИМ. Чем выше частота высокочастотной составляющей (несущейчастоты) по сравнению к низкочастотной (частоты основной гармоники),тем ближе огибающая выходного напряжения приближается к синусоиде,тем легче отфильтровать высокочастотную составляющую выходногонапряжения.Ed0tи+-EdtиТ/2Рис.

14.6Из рис 143.6 следует: t и  t и  τ ,где - период высокочастотной составляющей.Среднее значение напряжения на периоде высокочастотнойсоставляющей, являющееся мгновенным значением низкочастотнойсоставляющей напряжения на нагрузке uн находимизвыражения:t иt иt и  t и1uн  (  Ed d   (  Ed )d  Ed. 00Если изменять соотношение между длительностями положительных иотрицательных высокочастотных импульсов по синусоидальному законуt и  t и  sin(   t ) , то огибающая низкочастотной составляющей117напряжения на нагрузке также будет изменяться по синусоидальномузакону:u н  E d sin(   t ) ,где:  — круговая частота низкочастотного напряжения на нагрузке,ν — коэффициент модуляции, принимающий значения в пределах 0÷1.Очевидно, что в этом случае амплитуда низкочастотной составляющейнапряжения будет изменяться в пределах от 0 до Ed.

Физический смыслкоэффициента модуляции заключается в том, что при ν =1 tи+ изменяется впределах от 0 до  и мгновенное значение низкочастотной составляющейизменяется от 0 до Ed. При ν =1 tи+= tи- и амплитуда низкочастотнойсоставляющей равна нулю. Таким образом, изменяя диапазон изменениядлительностисоставляющихимпульсов,изменяетсяамплитуданизкочастотной составляющей напряжения на нагрузке.118Лекция 15. Автономный инвертор токаLd+icT1 iaIdiiudiEd- Ск+iнT3(-) (+)RнuнT2T4-Рис.

15.1T1, T4Т2,Т3T2, T3T2, T3uн= uCii= Idа02Uакiàб0udiEdв0Рис. 15.2119Однофазная схема автономного инвертора тока (АИТ) показана на рис.15.1. Отличительной особенностью АИТ является наличие индуктивностиLd достаточно большой величины, что ставит источник питания Edсовместно с индуктивностью Ld в режим источника тока для переменной(изменяющейся) составляющей тока, протекающего через источникпитания. Нагрузка включена в диагональ моста. В этом случае токинвертора ii, протекающий в диагонали моста будет иметьзнакопеременную прямоугольную форму (рис. 15.2,а), частота которогобудет зависеть от частоты переключения диагонально расположенныхключевых приборов (в рассматриваемом случае тиристоров T1, T4 и T2, T3).Большая индуктивность в цепи источника питания исключаетвозможность включения обратных диодов, как это делается в АИН, дляосуществления энергообмена между реактивными элементами нагрузки иисточником питания.

При активно-индуктивной нагрузке изменениенаправления тока инвертора ii не может привести к мгновенномуизменению тока нагрузки.Конденсатор Ск, включенный параллельно нагрузке, служит дляорганизации контура тока нагрузки при изменении направления токаинвертора.Таким образом, конденсатор Ск позволяет осуществить энергообменмежду реактивными элементами нагрузки и накопителем энергии Ск.

Ноэто не единственная функция конденсатора. Наличие конденсаторапозволяетиспользоватьвкачествеключевыхэлементоводнооперационные тиристоры.Известно, что для выключения раннее проводящего тиристоранеобходимо подать отрицательное напряжение между анодом и катодом.Для создания такого коммутирующего напряжения и служиткоммутирующий конденсатор (вторая функция конденсатора Ск).Рассмотрим подробнее процесс выключения тиристоров. При включениитиристоров T1, T4 ток инвертора протекает по контуру: (+Ed) — Ld — T1 —Rн(Ск) — T4 — (-Ed).Конденсатор будет заряжаться по экспоненциальному закону сполярностью, указанной на схеме рис.

15.1 без скобок со скоростью,определяемой постоянной времени = RнСк (рис. 13.2,а).При подаче управляющих импульсов, разрешающих открытьсятиристорам Т2,Т3, в первый момент времени оказываются открытыми всечетыре тиристора. Тогда, как хорошо видно на схеме, напряжениекоммутирующего конденсатора прикладывается к раннее проводящимтиристорам с той полярностью, которая приводит к их выключению. Далееток протекает через тиристоры Т2,Т3, ток нагрузки течет справа налево,конденсатор заряжается с полярностью, показанной в скобках, создаваяусловия для выключения проводящих тиристоров в момент включенияочередной пары тиристоров (T1, T4 ). Изменение напряжения на тиристоре120Uак, и форма тока тиристора показаны на рис.15.2,б.

На временныхдиаграммах видно, что на интервале некоторого угла  к тиристоруприкладывается отрицательное напряжение и на временном интервалеtвост=/ тиристор восстанавливает свои управляющие свойства. Еслитиристор не успеет за это время восстановить свои управляющие свойства,то он не выключится, ток будут проводить оба тиристора одного плеча(например Т1,Т2) и источник питания будет в режиме короткого замыкания.Очевидно, что при открытии диагонально расположенных тиристороввходное напряжение инвертора udi будет изменяться по закону изменениянапряжения на конденсаторе Ск. Причем среднее значение этогонапряжения обязано быть равно напряжению источника питания, так какна индуктивности не создается падение напряжения от постоянного тока.Кривая изменения напряжения udi показана на рис.

15.2,в.На рис. 13.3,а приведена эквивалентная схема замещения выходнойцепи АИТ, предполагая, что токи и напряжения имеют синусоидальнуюформу. На рис. 13.3,б показана векторная диаграмма. Из векторнойдиаграммы видно, что угол , предоставляемый на восстановлениеуправляющих свойств тиристора, тем больше, чем меньше ток нагрузки.iнiiRнuнRэкв= RнUнicСкIiicuн = uсui эквСкIнIcабРис. 15.3вТаким образом, при увеличении тока нагрузки сверх допустимоготиристор не успеет восстановить свои управляющие свойства, в схемеокажутся в проводящем состоянии все тиристоры и наступит аварийныйрежим (срыв инвертирования), ток источника постоянного напряжениябудет ничем не ограничен.Для определения зависимости величины выходного напряжения оттока нагрузки (выходная или внешняя характеристика) обратимся кэквивалентной схеме показанной на рис.

15.3,в. Используя теорему оэквивалентном генераторе находим:u iэкв  ii Rн , Rэкв  Rн .Хс1 U iэквТогда U н  U с  U iэкв.RнХ с  Rэкв1Хс121Анализируя полученные выражения можно сделать вывод:1. Чем больше сопротивление нагрузки (чем меньше ток нагрузки), тембольше величина эквивалентного напряжения в схеме рис.

13.3,а и тем добольшего напряжения будет заряжаться конденсатор с большейпостоянной времени  = Ск Rн. При холостом ходе (когда Rн = , Ui экв= IiRн= ) инвертор тока работать не может. Наоборот, при малыхсопротивлениях нагрузки (больших токах) напряжение эквивалентногогенератора уменьшается, постоянная времени  также уменьшается,значит, конденсатор будет перезаряжаться до меньшего напряжения сбольшой скоростью перезаряда.uн= uCаб201Uак0udiEdв0Рис. 15.4На рис. 15.4,а показаны формы напряженийзначений тока нагрузки.2. Время предоставляемое на восстановлениетиристоров tвост=/ при меньших сопротивленияхтак как уменьшается угол .

Это следует изна нагрузке для двухуправляющих свойствнагрузки уменьшается,векторной диаграммы122рис.15.3,б и как показано на диаграммах изменения напряжения навентилях рис. 15.4,б,На рис. 15.5 показана выходная характеристика АИТ. Выходнаяхарактеристика имеет круто падающий характер.Каким образом можно регулировать или стабилизировать выходноенапряжение автономных инверторов тока рассмотрим в следующемпараграфе.Для расчета внешней характеристики воспользуемся методом первойгармоники, то есть будем считать что выходной ток инвертора инапряжение на нагрузке изменяются по синусоидальному закону. Этоупрощает расчеты, но погрешность в расчетах лежит в пределах 5-10 %.Кроме того будем считать что активные потери в схеме отсутствуют.

Вэтом случае мощность, отбираемая от источника равна мощности внагрузке. Тогда можно записать:РE = Pн или IdEd = UнIi(1)cos,где Ii(1)–действующее значение основной гармоники тока инвертора,–угол сдвига между током и напряжением (см. рис. 15.2,а и рис. 15.3).Разложение в ряд Фурье кривой тока ii при нахождении действующегозначения этого тока приводит к соотношению:4II i  d  0,9 I d . 2UнIнРис. 15.5Из векторной диаграммы (см.

Характеристики

Список файлов лекций