Параллельный инвертор тока

Принципиальная схема параллельного инвертора тока, собранного по мостовой схеме представлена на рис. 1.3. Она включает в себя источник напряжения , реактор , четыре вентиля VS1-VS4. Сдвиг между моментами подачи импульсов равен полупериоду инвертируемой частоты. Постоянное напряжение через реактор приложено к одной из диагоналей вентильного моста, в другую диагональ включены нагрузка и коммутирующий конденсатор . В качестве нагрузки может быть использован либо резистор, либо колебательный контур с эквивалентным сопротивлением и добротностью Q (Q=wL/r; Q=1/(wcr)).

На рис. 1.3 показаны формы кривых токов и напряжений на элементах схемы в функции времени, измеряемого в угловых единицах. Пусть , а источник питания является источником тока, т.е. . В этом случае форма тока определяется источником, и элементы инвертора ее изменить не могут, могут только перераспределить этот ток между вентилями схемы.

Пусть в момент ток течет через тиристоры VS1, VS4, при этом происходит заряд коммутирующего конденсатора в нагрузочной диагонали. Заряд происходит не экспоненциально. Напряжение приложено к VS2, VS3. В момент импульс подается на тиристоры VS2 и VS3. Так как напряжение на них положительно, тиристоры отпираются и начинают проводить ток. Возникают замкнутые контуры коммутации VS1--VS2 и VS4--VS3.

Коммутационный конденсатор начинает мгновенно разряжаться и ток коммутации неограниченно растет из-за малости сопротивления контуров. Направление тока коммутации совпадает с направлением анодного тока тиристоров VS2 и VS3 и встречно направлено по отношению к токам тиристоров VS1 и VS4. полный ток тиристора в момент коммутации можно рассмотреть как сумму .

а)

б)   В результате ток тиристоров VS1, VS4 мгновенно падает до нуля и тиристоры выключаются. Контуры коммутации размыкаются и ток начинает проходить через тиристоры VS2 и VS3. обычно коммутация происходит так, что конденсатор не успевает заметно разрядиться. Напряжение на не меняется и через проводящие тиристоры VS2 и VS3 прикладывается к VS1 и VS4, так что анод оказывается под отрицательным потенциалом. Далее в интервале времени от до конденсатор перезаряжается, и процесс повторяется с частотой, равной частоте задающего генератора. Угол b, в течение которого к тиристорам приложено обратное напряжение , определяет схемное время выключения.

Рис. 1.3

В течение этого времени восстанавливаются запирающие свойства тиристора, позволяющие снова приложить к нему прямое напряжение. Это время должно быть больше паспортного времени выключения тиристора. В противном случае ток может сразу идти через все четыре тиристора, происходит срыв инвертирования (опрокидывание инвертора).

Скорость нарастания энергии в конденсаторе , форма кривой напряжения на нем, а, следовательно, и на тиристорах определяется характером нагрузочной цепи, отношением ее постоянной времени к длительности интервала между коммутациями. Закон изменения напряжения на при его перезарядке описывается экспонентой .

При перезарядка происходит за все более короткие интервалы времени. Кривые и напряжение на тиристорах стремятся к прямоугольным (кривые 3 на рис. 1.3). при этом , а время для восстановления запирающих свойств тиристора (угол b) падает. Таким образом, в режиме близком к короткому замыканию неизбежно опрокидывание инвертора, т.к. b< угла запирания тиристора по паспорту.

При , т.е. режим холостого хода, длительность перезаряда затягивается, экспонента вырождается в прямую, что соответствует линейному нарастанию напряжения на (кривая 2 на рис. 1.3). Угол . Но у данного режима имеются свои недостатки: энергия в не расходуется. В результате напряжение на конденсаторе в моменты и токи в схеме достигают недопустимо больших значений, приводящих к аварийным пробоям.

При нагрузке, отличающейся от активной, процесс происходит по несколько другому закону. Однако качественная зависимость процессов от затухания схемы сохраняется: холостой ход и короткое замыкание являются аварийными режимами.

Угол b в реальном автономном инверторе связан с параметрами схемы и определяется отношением реактивной и активной проводимости, включенной в нагрузочную диагональ инверторного места. Следует помнить, что реактивная составляющая определяется не только реактивной проводимостью системы индуктор-деталь, но и проводимость параллельно включенной конденсаторной батареи wс, для которой должно выполняться условие:

(1)

где - активная составляющая проводимости индуктора. Тогда угол b определяется из следующего соотношения:

(2)

Как видно, режим работы параллельного инвертора апериодический и для переключения вентилей необходимо образовывать специальные контуры коммутации.

Максимальное значение прямого напряжения на тиристоре параллельного инвертора тока равно амплитуде выходного напряжения и определяется из выражения:

(3)

Индуктивность , обеспечивающая практически сглаженный ток в цепи источника питания, в первом приближении выбирается из соотношения:

(4)

где Т – период выходной частоты; m – число переключений тиристоров за период (для схемы на рис. 1.3 m=2).

Дата добавления: 2014-01-07