Автономные инверторы

Лекция 28.

Цель лекции: рассмотреть вопросы: автономные инверторы напряжения; автономные инверторы тока.

АВТОНОМНЫЕ ИНВЕРТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

Однофазный мостовой инвертор напряжения (рис. 9.4). В схеме могут применяться любые управляемые полупроводниковые прибо­ры: транзисторы, запираемые тиристоры и однооперационные тирис­торы с устройствами принудительной коммутации.

Схема инвертора (см рис. 9.4, а) содержит однофазный мост глав­ных тиристоров VT1 — VT4, встречно включенный мост обратных диодов VD1 — VD4, схему управления тиристорами СУ, входной конденсатор фильтра С_d и активно-индуктивную нагрузку R_HL_н. Уст­ройства принудительной коммутации на схеме не показаны. Тиристо­ры попарно и поочередно отпираются по цепи управления, подклю­чая цепь нагрузки к источнику питания с периодически изменяющейся полярностью. Такой алгоритм переключения обеспечивает формиро­вание на нагрузке напряжения прямоугольной формы. В моменты очередного запирания тиристоров энергия, запасенная в L_H, выводит­ся в источник электропитания через обратные диоды.

Изменением момента запирания одного из тиристоров в каждой работающей паре можно менять длительность приложения напряже­ния источника к нагрузке. На рис. 9.4, б приведены диаграммы токов и напряжений для случая, когда оба одновременно проводящих ти­ристора запираются в конце полупериода и θ_П = 180 эл. град.; на рис. 9.4, в показаны соответствующие диаграммы для случая, когда один из тиристоров запирается раньше на угол а. На интервале этого угла напряжение на нагрузке равно нулю.

Рис 9,4 Схема однофазного мостового инвертора напряжения (а) и временнйе диа­граммы для режима с проводящим состоянием тиристоров менее 180 эл. град (б) и менее 180 эл град (в)

Трехфазный мостовой инвертор напряжения.

Схема содер­жит шесть тиристорных ключей VT1—VT6, образующих мост тирис­торов, шесть встречно включенных диодов VD1—VD6, соединенных также по схеме трехфазного моста и выполняющих функцию диодов обратного тока, и схему управления СУ, обеспечивающую переклю­чение тиристорных ключей по заданному алгоритму с проводящим состоянием требуемой продолжительности. Частота выходного на­пряжения задается схемой управления в результате изменения длительности цикла переключения тиристорных ключей. Устройства для коммутации тиристоров на схеме не показаны. Тиристоры и диоды трех фаз a, b и с образуют анодную (VT1, VT3, VT5; VD1, VD3, VD5) и катодную (VT2, VT4, VT6; VD2, VD4, VD6) группы.

Тиристоры анодной и катодной групп могут переключаться по различным алгоритмам: с однократным и многократным переключе­нием на интервале одного периода выходного напряжения. При одно­кратном переключении в периоде угол проводящего состояния тирис­торов 6_П может быть равным 180, 120, 150 эл. град, и в общем случае 180—а эл. град. На диаграммах рис. 9.5 дан анализ работы трехфаз­ного АИН для θ_П =180 эл. град. На интервале одного периода выходной частоты происходит шесть коммутаций шести тиристоров. Одновременно в проводящем состоянии находятся три тиристора: два в анодной и один в катодной или один в анодной и два в катодной группах. Выходные напряжения инвертора (рис. 9.6, а) могут быть получены из анализа эквивалентных схем, соответствующих шести возможным состояниям. Напряжение источника питания U_П прикла­дывается к фазным нагрузкам в соответствии со схемой подключения на данном интервале. Напряжение между анодной или катодной точ­ками и нулевой точкой нагрузки равняется U_П/3 или 2U_П/3 в зависи­мости от того, две фазы или одна фаза нагрузки в данный момент связаны с соответствующей шиной (см. рис. 9.6, б—ж). На рис. 9.5, б за положительное принято фазное напряжение при соединении начала фазы с анодной шиной. В результате фазные напряжения АИН полу­чают трехступенчатую форму, сохраняющуюся независимо от харак­тера нагрузки. Линейное напряжение имеет при этом форму прямо­угольников с углом основания 120 эл. град.

Выходные напряжения несинусоидальны, имеют форму с симмет­рией третьего рода и описываются нечетными функциями, кроме ос­новной гармонической составляющей; содержат нечетные высшие гармонические составляющие, некратные трем, т.е, с номерами

(9,20)

Фазное и линейное напряжения при разложении в ряд Фурье могут быть записаны в виде суммы мгновенных значений всего спектре Гармонических составляющих:

(9,21)

(9,22)

Если амплитуду основной гармонической составляющей принять равной 1,

то амплитуда n-й гармонической составляющей

(9,23)

Рис. 9.5. Схема трехфазного мостового инвертора напряжения и временное диаграммы напряжений и токов

АВТОНОМНЫЕ ИНВЕРТОРЫ ТОКА

Трехфазный мостовой инвертор тока.

Такие АИТ нахо­дят применение в бесколлекторном тяговом электроприводе электро­подвижного состава.

Принципы устройства и работы трехфазного АИТ аналогичны рассмотренному выше однофазному АИТ. Особенностью является лишь то, что в процессе коммутации конденсаторы С1, СЗ, С5 и С2, С4, С6 включены в контур тока в виде двух параллельных цепей (один конденсатор и два последовательных конденсатора). Например, при коммутации тока с VT1 на VT3 конденсатор С1 включен параллельно с конденсаторами С2 и СЗ, соединенными последовательно между собой. При этом ток источника /_п распределяется по конденсаторам в соотношении i_с1, = 2I_п/3 и i_с2 = i_с3 = I_п/3.

В межкоммутационный интервал перед коммутацией тиристора VT1 в момент ωt = 2π:/3 ток нагрузки проводят тиристоры VT1 и VT2 (рис. 9.15, а). Контур тока нагрузки замыкается через VT1, VD1, фазы а и b, VD2, VT2. Конденсаторы С1, С5 заряжены полярностью, ука­занной на рис. 9.14, а, конденсатор СЗ разряжен. Исследуем коммута­цию от момента включения VT3 (ωt = ωt₁, на рис. 9.14). Конденсатор С1 после включения VT3 подключен параллельно VT1 и запирает его обратным напряжением.

Ток нагрузки мгновенно переводится в цепь VT3 (см. рис. 9.15, б). Ток тиристора VT3 i_VT3 = I_n разделяется в отношениях 2/3 и 1/3 между конденсаторами С1 и СЗ, С5 (предполагаем С1 = С2 = СЗ). Постоян­ным током 2I_п/3 разряжается линейно конденсатор С1 (интервал ωt₁ - ωt₂ на рис. 9.14). При этом через отсекающий диод VD3 ток не протекает до тех пор, пока напряжение и_с1 не станет ниже значения I_nR (при Ldi_н/dt = 0). При дальнейшем снижении u_с1(I_nR - u_cI > 0) потенциал анода VD3 становится положительным, диод открывается и его ток нарастает от нуля до значения I_п (см. рис. 9.14, интервал ωt₂ — ωt ₄). Ток диода VD1 уменьшается от значения I_п до нуля. Сумма токов i_VD1 и i_VD3 равна постоянному току I_п: i_VD1 + i_VD3 = 3i_с1/2 + I_п – 3i_с1/2 = I_п (см. схему замещения для второй ступени коммутации, рис. 9.15, в). Коммутация закончится, когда i_VD1= 0, a i_VD3 = I_п (см. рис. 9.15, в).

Коммутация проходит в две ступени: мгновенного переключения тока в тиристорах и постепенного переключения тока в цепи нагруз­ки. Коммутирующий конденсатор должен иметь достаточную ем­кость, чтобы интервал ωt_q= ωt₃ – ωt₁ (см. рис. 9.14), предусмотренный для запирания тиристора, был больше, чем минимальный интервал ωt_qmin, необходимый для выключения тиристора данного типа. Напря­жение, на которое заряжается коммутирующий конденсатор емкос­тью С по окончании коммутации, определяется значением тока I_п, индуктивностью и другими параметрами нагрузки.

Дата добавления: 2014-01-07