Способы регулирования мощности в нагрузке АИР

Многоячейковые инверторы.

Многоячейковые АИР применяют, когда необходимо получить выходную частоту, превышающую предельную частоту одноячейкового инвертора, или значительную выходную мощность без последовательного и параллельного соединения тиристоров. В первом случае, ячейки отпираются поочередно, во втором – одновременно. Рассмотрим многоячейковые инверторы с повышением предельной частоты, работающие на однофазную нагрузку. Многоячейковые инверторы могут быть с бестрансформаторным или трансформаторным выходом, а нагрузку включают либо в выходные (рисунок 2.14), либо во входные (рисунок 2.15) цепи тиристорных ячеек. В последнем случае выходные цепи тиристорных ячеек закорачивают.

Рассмотрим принцип работы двуячейкового АИР с соединением входных цепей мостовых ячеек по полумостовой схеме (рисунок 2.16).

Будем считать, что емкости конденсаторов входного фильтра C_Ф1 и C_Ф2 бесконечно большие и делят входное напряжение пополам. Тиристоры каждой ячейки инвертора открываются попарно: VS1,VS2; VS5,VS6; VS3,VS4; VS7,VS8. Нагрузка инвертора включена во входную цепь тиристорных ячеек. Работает инвертор следующим образом: в момент времени t_O подаются импульсы управления на открытие тиристоров VS1 и VS2. Ток протекает по контуру (+E, L₁, VS1,C₁,L_Я1, VS2, Z_H, C_Ф2, -E). В момент t₁ конденсатор C₁ запирает тиристоры VS1 и VS2. В момент t₂ подаются импульсы управления на открытие тиристоров VS5 и VS6. Ток нагрузки формируется второй ячейкой и протекает по контуру (+E-C_Ф1-Z_H-L₂-VS5-C₂-L_Я2-VS6-E) в направлении, обратном сформированному импульсу тока от первой ячейки. В момент t₃ тиристоры VS5 и VS6 закрываются обратным напряжением конденсатора, и т.д. Из временных диаграмм токов и напряжений видно, что интервалу времени между моментами отпирания обеих пар тиристоров одной ячейки соответствует один период тока нагрузки i_H и полупериод тока коммутирующего конденсатора i_C1, т.е. w=2w_Я, где w – частота инвертора; w_Я – частота одной ячейки.

В большинстве случаев применения АИР требуется плавное регулирование выходного напряжения и мощности на нагрузке. Для этого могут быть использованы широко известные способы регулирования, такие как регулирование напряжения питания инвертора, широтно-импульсное регулирование, регулирование путем изменения параметров элементов инвертора, фазовое регулирование путем геометрического сложения напряжений двух или нескольких инверторов, работающих на одну общую нагрузку и другие.

Наиболее простым является регулирование с помощью регулируемого тиристорного выпрямителя. Однако серьезным недостатком этого способа является значительное снижение коэффициента мощности выпрямителя при больших углах регулирования. Поэтому применение данного способа является целесообразным только в небольшом диапазоне регулирования напряжения питания инвертора.

Широтно-импульсное и фазовое регулирование посредством геометрического сложения напряжений двух или нескольких инверторов позволяет регулировать выходное напряжение и мощность АИР от нулевого до максимального значения. Использование широтно-импульсного регулирования значительно усложняет схему, так как по существу с основным инвертором выключается второй вспомогательный инвертор на такую же мощность. При фазовом регулировании путем геометрического суммирования напряжений 2-х инверторов необходима установка двух разделяющих нагрузочных трансформаторов, что на повышенной частоте приводит к значительному снижению КПД преобразователя.

В многомостовых АИР регулирование выходного напряжения может быть осуществлено путем геометрического сложения токов нескольких мостов. Этот способ несложен в осуществлении, не требует применения дополнительных силовых устройств, промежуточных нагрузочных трансформаторов, позволяет регулировать напряжение и мощность на нагрузке плавно от нуля до номинального значения и осуществляется путем фазового сдвига управляющих импульсов нескольких мостов относительно друг друга. Рассмотрим этот способ на примере четырехмостового АИР со встречными диодами и удвоением частоты.

Схема состоит из четырех мостов 1-4 с встречными диодами. Мосты образуют собой плечи нового сложного моста, в одну диагональ которого включена нагрузка Z_H, а в другую – индуктивность L_d. Схема управления тиристорами должна плавно сдвигать по фазе импульсы управления мостами 2,4 относительно мостов 1,3 на угол β=0…360 эл. град.

Рассмотрим работу инвертора в установившемся режиме при угле регулирования 180 эл. град. При этом мощность инвертора максимальная.

В момент t_O включаются тиристоры 1,3 мостов 1,3 и закрываются тиристоры 1,3 мостов 2,4. Начинается процесс перезаряда коммутирующих конденсаторов C_K мостов 1,3 и разряд конденсаторов C_K мостов 2,4. Перезаряд конденсаторов C_K мостов 1,3 происходит по контуру (+E-L_d-VS1₄-C_K-L_K-VS3₁-Z_H-VS1₃ – C_K-L_K-VS3₃-E). Конденсаторы мостов 2,4 при этом разряжаются по контуру (+C_K4-VD1₄-L_d-E-VD3₂-L_K2-C_K2-VD1₂-Z_H-VD3₄-L_K4-C_K4). Таким образом, ток протекающий через нагрузку равен сумме токов i_H=i₁+i₂, где i₁ – ток тиристоров, i₂ – ток диодов. В момент t₁, после запирания тиристоров 1,3 мостов 1,3 и диодов 1,3 мостов 2,4 включаются тиристоры 2,4 мостов 2,4 и диоды 1,3 мостов 1,3. При этом ход процессов аналогичен рассмотренному, но через нагрузку ток течет в обратном направлении. В момент t₂ включаются тиристоры 2,4 мостов 1,3 и диоды 2,4 мостов 2,4, и ток снова течет в прямом направлении. В момент t₃ включаются тиристоры 1,3 мостов 2,4 и диоды 2,4 мостов 1,3 – ток течет через нагрузку в обратном направлении. Т.о. в течении полного цикла работы всех тиристоров четырех мостов АИР через сопротивление нагрузки протекает переменный ток удвоенной частоты по сравнению с частотой работы тиристоров и диодов.

При угле регулирования 0 эл. град. в каждый момент времени одновременно ток проводят тиристоры двух вертикально расположенных групп мостов (например 1 и 2) и встречные диоды двух других. В результате колебательный ток замыкается только через открытые тиристоры, встречные диоды и коммутирующие цепи всех четырех мостов,

минуя цепь нагрузки (i_H=0).

При регулировании мощности инвертора при 0<β<180 эл. град. некоторое время, определяемое углом регулирования, проводят ток тиристоры вертикальных мостов. Токи при этом замыкаются как по внешнему контуру циркуляции, так и по внутренним контурам. В результате, в зависимости от угла регулирования осуществляется пропорциональное изменение соотношения между внутренней и внешней циркуляцией токов, тем самым плавно регулируется величина тока i_H и, следовательно, мощность инвертора. Зависимость относительной мощности P^*=P/P_ном от угла β следующая (рисунок 2.18).

Дата добавления: 2014-01-05