Инвертор с параллельным соединением резонансного контура и нагрузки

Классическим вариантом схемы инвертора с параллельным соединением колебательного контура и нагрузки является инвертор тока на основе тиристоров (рис. 4.16, я). Дроссель, включенный последовательно с источником постоянного напряжения, имеет большую индуктивность Ltl и обеспечивает непрерывный и практически сглаженный ток в широком диапазоне изменения активной нагрузки. Поэтому его схема замещения может рассматриваться, согласно общепринятой терминологии в электротехнике, как дуальная (рис. 4.16,6). Следовательно, процессы изменения выходного напряжения в инверторе тока подобны процессам изменения выходного тока в инверторах напряжения. Согласно схеме замещения инвертора тока процессы в схеме будут соответствовать следующему уравнению:

где ип — мгновенное значение выходного напряжения (на нагрузке R) инвертора тока; Id — амплитуда входного тока в форме меандра в установившемся режиме работы.

Решение этого уравнения с учетом начальных условий имеет вид ГДе 8 = от’ =

Из выражений (4.28) и (4.34) следует, что процесс изменения тока ic в последовательном резонансном инверторе напряжения аналогичен процессу изменения напряжения ип в параллельном резонансном инверторе тока, что соответствует их дуальности. Согласно принципу действия инвертора тока, его схема должна выполняться па однонаправленных ключах. Если в качестве ключей используются приборы, не способные выдерживать обратное напряжение, то последовательно с ними включается диод. Поэтому схема хорошо согласуется с применением тиристоров, что определило ее распространение на ранних этапах развития резонансных инверторов. Схема параллельного инвертора тока на обычных тиристорах может работать не только в режимах прерывистых напряжений, но и в режимах непрерывного напряжения при cos > оо0. При этом должно соблюдаться соотношение

где tq — время выключения тиристора; р — угол сдвига между первыми гармониками тока и напряжения, имеющий емкостной характер. На практике минимально допустимое значение угла р невелико, особенно для быстродействующих тиристоров, которые применяются в этих случаях. В этой связи вполне приемлемо допущение работы при ws = со0.

Puc. 4.16. Параллельный резонансный инвертор:

Достоинствами схемы рассматриваемого инвертора также являются:

  • • ограничение максимальных значений входных и, следовательно, коммутируемых тиристорами токов;
  • • высокие фильтрующие свойства инвертора, обусловленные параллельным включением конденсатора;
  • • способность работать в режиме малых нагрузок, включая холостой ход (при R —*? оо).

Анализируя зависимости выходного напряжения ип от частоты коммутации (os, получим функции, сходные с приведенными на рис. 4.15 для последовательного резонансного инвертора в режимах непрерывного тока контура. Однако в рассматриваемом случае на оси ординат должны быть модули входного сопротивления инвертора, определяемые по формуле

a — схема тиристорного инвертора тока; б — эквивалентная схема замещения и диаграмма тока инвертора

где Irll = 4/у(л V2) — действующее значение первой гармоники входного тока прямоугольной формы.

Величина амплитуды переменного тока в установившемся режиме без учета потерь в элементах схемы является функцией активной мощности нагрузки:

где Uu действующее значение напряжения на нагрузке R.

Естественно, что практическая реализация этих зависимостей для высоких частот (более 5 кГц) возможна только в инверторах тока, выполненных на полностью управляемых ключах, например транзисторах. Однако, как отмечалось ранее, применение ключей, не способных выдерживать обратное напряжение, требует дополнения их последовательно включенными диодами. Пример мостовой схемы инвертора тока на транзисторах с параллельным резонансным контуром приведен на рис. 4.17. Очевидно, что в такой схеме можно применять не только частотное управление величиной выходного напряжения, но и метод ШИР входного тока. Недостатком инвертора тока с параллельным контуром является его неспособность работать в режимах, близких к короткому замыканию, в отличие от инвертора с последовательным резонансным контуром, функционирование которого ограничено в режимах, близких к холостому ходу.

Транзисторный инвертор с параллельным резонансным контуром

Рис. 4.17. Транзисторный инвертор с параллельным резонансным контуром

Инвертор тока с резонансным контуром на выходе (см. рис. 4.16, я) рассматривался при допущении большой величины индуктивности Ltl, когда можно считать, что соsZ.f/ —*? °°. Однако, не изменяя схемы этого вида инвертора, можно существенно изменить характеристики и процессы изменения токов и напряжений. Для этого достаточно существенно уменьшить входную индуктивность — до величины, дополняющей индуктивность выходного резонансного контура. Кроме того, индуктивность входного контура может быть небольшой для создания режима прерывистого входного тока инвертора. Такой режим позволяет уменьшить коммутационные потери в ключах инвертора, но при этом ограничиваются диапазоны допустимого изменения величины нагрузки и регулирования выходного напряжения.

Возможности регулирования напряжения инвертора тока могут быть существенно улучшены без использования частотного или широтно-импульсного методов регулирования. Для этого можно успешно использовать регулирование индуктивности посредством встречно-включенных тиристоров.

Также может осуществляться параллельное подключение нагрузки к одному из элементов последовательного резонансного контура. Обычно подключение нагрузки производится относительно конденсатора колебательного контура непосредственно или через трансформатор (рис. 4.18,я). В таких случаях, как правило, используются инверторы напряжения с двунаправленными ключами, что позволяет обеспечить работу и регулирование выходного напряжения в более широком частотном диапазоне. Эквивалентная схема инвертора с параллельным подключением нагрузки приведена на рис. 4.18,6. Из схемы видно, что инвертор может работать в режимах малых

Puc. 4.18. Последовательный резонансный инвертор с параллельным подключением нагрузки к конденсатору через трансформатор:

а — схема; б — эквивалентная схема

нагрузок, включая режим холостого хода. Максимальное значение выходного напряжения ии имеет место при работе на резонансной частоте со(), когда частота коммутации со5 = со0. Максимальное значение выходного напряжения определяется величиной, обратной добротности последовательного контура (1/Q5). Для регулирования напряжения в области малых нагрузок повышают рабочую частоту до значения выше резонансного.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >