Последовательный резонансный инвертор с открытым входом

На рис. 3.2, а представлена схема последовательного одноячейкового резонансного инвертора. Принцип ее работы заключается в следующем. При подаче управляющего импульса на тиристор последний отпирается и конденсатор С начинает заряжаться от источника постоянного напряжения таким образом, что его верхняя обкладка получает положительный потенциал. В следующий полупериод отпирается тиристор У52 и конденсатор С разряжается по цепи ЯнЬ2. Таким образом, через нагрузку протекает переменный ток.

Параметры элементов инвертора обычно выбирают таким образом, чтобы ток тиристора в течение всего межкоммутационного промежутка изменялся по колебательному закону.

Различают три режима работы последовательного инвертора: естественной коммутации, граничный и принудительной коммутации.

В режиме естественной коммутации тиристоров (рис. 3.3, а) ток открытого тиристора спадает до нуля раньше, чем отпирается следующий по порядку работы тиристор (собственная угловая частота инвертора соо в этом режиме выше выходной частоты со). В граничном режиме ток открытого тиристора (рис. 3.3, б) спадает до нуля в момент отпирания следующего по порядку работы тиристора, со0 = со. В режиме принудительной коммутации тиристоров (рис. 3.3, в) ток открытого тиристора в момент коммутации отличен от нуля, соо < со.

При расчете инвертора пользуются его эквивалентной схемой (см. рис. 3.2, б), справедливой в течение полупериода выходной частоты.

Схема получена в предположении, что активные сопротивления дросселя, конденсатора и прямое падение напряжения на тиристорах равны нулю.

Схема последовательного одноячейкового резонансного инвертора с открытым входом без обратных диодов (о); расчетная схема (б)

Рис. 3.2. Схема последовательного одноячейкового резонансного инвертора с открытым входом без обратных диодов (о); расчетная схема (б)

Анализ инвертора проведем для случая активной нагрузки. Для первого полупериода (0 < 7 < 772) уравнение равновесия записывается в виде

где ? = = Ь2.

Рис. 3.3. Формы тока нагрузки и напряжения на тиристоре последовательного одноячейкового резонансного инвертора с открытым входом без обратных диодов при различных соотношениях собственной угловой частоты инвертора и выходной частоты

При нулевых начальных условиях уравнение (3.1) в операторной форме имеет вид

Решая последнее уравнение относительно тока /Др), находим его изображение:

При решении данного уравнения возможны три режима в зависимости от соотношения параметров цепи, так как корнями уравнения являются

  • 1) ос > 0 — апериодический режим;
  • 2) сс = 0 — граничный режим;
  • 3) ос < 0 — колебательный режим.

Оригинал тока находим по теореме разложения:

где зйр = 1/2 (е? - е~Р).

Для нормальной работы инвертора необходимо, чтобы в момент коммутации тиристоров напряжение на коммутирующем дросселе было больше напряжения источника питания ь > иа~), что возможно только при колебательном режиме работы цепи, т. е. выражение (3.2) нуждается в преобразовании. Учитывая, что в этом режиме 0=;(оо (соо = ^/1/(10)-^ /(4?2)) — собственная частота инвертора и 5т/соо = ;5тсо0, уравнение (3.2) можно привести к виду

При начальных условиях, отличных от нулевых, учитывая, что ток нагрузки становится равным нулю до окончания полупериода, т. е. /ДО) = 0, выражение (3.3) можно записать таким образом:

Напряжение на коммутирующем дросселе

Напряжение на конденсаторе определяем из выражения (3.1):

для второго полупериода, когда тиристор У32 открыт, а тиристор У5] заперт (Т/2 < Г < 70, токи и напряжения можно найти из выражений (3.4—3.6):

Для случая, когда собственная угловая частота инвертора равна рабочей частоте инвертора (со — со0 — 2п./Т), т. е. когда ток в конце каждого полупериода равен нулю, начальными условиями будут:

Подставляя = Т/2 в выражение (3.6) и ? = Т в выражение (3.9), а затем объединяя их, получаем:

л 1 + 6 2 1

гДе ^=----777 =----т’

  • 1-еЬТ 8-
  • 1-6 2

„ і + е б2 1 где В = Ї----=-----т •

  • 1-е-67 -5—
  • 1-Є 2

При подстановке выражений (3.10) и (3.11) в (3.4—3.9) получим значения токов и напряжений в установившемся режиме на интервале 0 < Г < Т/2:

на интервале Т/2 < і < Т:

Если коэффициент связи между половинами катушки дросселя равен единице, то напряжение между анодом и катодом тиристоров

Время, необходимое тиристору для восстановления его запирающих свойств, можно определить из выражения (3.18), приравняв его нулю:

Действующее значение выходного напряжения инвертора в граничном режиме (со = соо)

|со§ + 62

гдеО= М——.

V “о

Действующее значение выходного напряжения инвертора в режиме естественной коммутации (соо > со)

где т = со/соо.

Из выражений (3.20) и (3.21) видно, что выходное напряжение инвертора слабо зависит от величины сопротивления нагрузки, и для поддержания неизменным выходного напряжения при изменении сопротивления нагрузки необходимо изменять частоту управляющих импульсов.

При расчете последовательного одноячейкового резонансного инвертора с открытым входом, работающего на активноиндуктивную нагрузку, можно использовать все приведенные ранее зависимости, но вместо индуктивности I следует брать сумму 1Н + ?1. При этом необходимо учитывать, что собственная угловая частота соо определяется суммарной индуктивностью Ь = Ьн + а напряжение на дросселе распределяется между 1Н и пропорционально этим индуктивностям. Напряжение между анодом и катодом тиристоров находят с учетом напряжения только на индуктивности коммутирующего дросселя:

Время, предоставляемое тиристорам для восстановления их запирающих свойств, определяют из выражения (3.19) с использованием соотношения (3.22):

Поскольку Хн = гн/со5<р, уравнение внешней характеристики инвертора при активно-индуктивной нагрузке может быть записано в виде

т. е. выходное напряжение возрастает с уменьшением созф.

Из рассмотрения зависимостей, полученных для последовательного одноячейкового резонансного инвертора, видно, что при уменьшении активного сопротивления нагрузки возрастают входной ток инвертора, напряжение на конденсаторе и тиристорах, а также время запирания Гвыкл, предоставляемое тиристору для восстановления управляемости. При увеличении сопротивления нагрузки время запирания гвыкл резко уменьшается, т. е. последовательный инвертор в режиме холостого хода неработоспособен.

Последовательный инвертор, так же как и параллельный инвертор, может работать только в определенном диапазоне изменения сопротивления нагрузки гн, однако влияние этого сопротивления в обоих инверторах противоположное: уменьшение гн в последовательном инверторе вызывает такое же воздействие на режим работы, как увеличение гн в параллельном инверторе, т. е. короткое замыкание последовательного инвертора не отличается от холостого хода параллельного инвертора.

Последовательные инверторы с открытым входом без обратных диодов могут быть выполнены также по мостовой (рис. 3.4, а) и полумостовой — двухтактной (рис. 3.4, б) схемам.

В мостовом и полумостовом инверторах ток от источника питания потребляется в течение обоих полупериодов, а в однотактном инверторе — в течение одного полупериода. В мостовом и однотактном инверторах входной ток является одновременно током нагрузки. В полумостовом инверторе ток нагрузки представляет собой сумму токов двух конденсаторов одинаковой емкости, включенных в плечи полумоста.

Схемы последовательных одноячейковых инверторов с открытым входом

Рис. 3.4. Схемы последовательных одноячейковых инверторов с открытым входом: а — мостовая схема, б — полумостовая

В рассмотренных последовательных инверторах нагрузка включена в цепь инвертированного тока и выходная частота равна частоте управления.

Последовательные инверторы можно выполнять и по многофазным схемам с трансформаторным (рис. 3.5, а) и бестран-сформаторным (рис. 3.5, б) выходами. Возможны два варианта инверторов: 1) с нейтральным проводом, соединяющим нулевую точку нагрузки с отрицательным зажимом, либо средней точкой источника; 2) без нейтрального провода; при этом нагрузка может быть соединена в звезду или в треугольник. Так же, как в трехфазном мостовом параллельном инверторе, в трехфазном последовательном инверторе на управляющий электрод каждого тиристора один раз за период подаются два следующих друг за другом через 60° управляющих импульса. Это обеспечивает запуск и работу инвертора, так как всегда одновременно открыто, по крайней мере, по одному тиристору из нечетной и четной групп.

В инверторе без нейтрального провода при любом соотношении частот со и соо одновременно открыты не менее двух тиристоров.

При (в = соо продолжительность открытого состояния тиристоров составляет 180° и одновременно открыты три тиристора: два нечетных и один четный или два четных и один нечетный (рис 3.6). При (оо > (2/3) оз продолжительность открытого состояния тиристоров становится меньше 120°, поэтому одновременно открыты два тиристора — четный и нечетный (если пренебречь углом коммутации тока).

Трехфазные последовательные инверторы с открытым входом

Рис. 3.5. Трехфазные последовательные инверторы с открытым входом: а — с трансформаторным выходом;

б — с бестрансформаторным выходом

Временные диаграммы трехфазного последовательного инвертора с открытым входом

Рис. 3.6. Временные диаграммы трехфазного последовательного инвертора с открытым входом

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >