Однофазный мостовой инвертор с закрытым входом и обратными диодами

Введение обратных диодов в резонансный инвертор с закрытым входом изменяет режим его работы.

На рис. 3.10, а приведена схема однофазного мостового инвертора; в одну диагональ моста через разделительный конденсатор Ср и защитный дроссель L3 включена нагрузка гн, а в другую — колебательный контур СД,К. При Ld-^>^ входной ток инвертора Id const и напряжение на конденсаторе Ср равно напряжению источника питания Ud. При отпирании тиристоров VS1? VS2 происходит заряд коммутирующего конденсатора Ск по цепи Ср — VS-l — Ск — LKVS2 — rH — L3 Cp (см. рис. 3.10, a).

Как только напряжение на конденсаторе станет больше напряжения источника питания и ток через тиристоры VS15 VS2 спадет до нуля (параметры элементов инвертора подобраны таким образом, что процесс имеет колебательный характер), последние запираются. При этом отпираются обратные диоды VDlf VD2 и коммутирующий конденсатор Ск разряжается на нагрузку до тех пор, пока напряжение иСк не станет меньше напряжения Ud. В течение времени, когда ток проводят диоды VD], VD2 тиристоры VS] и VS2 восстанавливают свои запирающие свойства. В момент времени о = 2л отпираются тиристоры VS3, VS4 и процесс повторяется. Из временных диаграмм (рис. 3.10, б) видно, что в течение одного цикла работы тиристоров ток нагрузки имеет два полных периода, т. е. в инверторе происходит удвоение частоты. Благодаря разделительному конденсатору Ср, не пропускающему постоянную составляющую тока, ток нагрузки zH имеет форму, близкую к синусоидальной, хотя токи тиристоров и обратных диодов не равны между собой (ток Icp vs больше тока Icp VD на величину входного тока инвертора Id). Разделительный конденсатор Ср в процессе работы инвертора непрерывно заряжается постоянным током Id и периодически разряжается током через тиристоры.

Для схемы рис. 3.10, а можно составить следующие уравнения:

где иСк0 начальное напряжение на коммутирующем конденсаторе; 1Ск(р), 1н(р) — изображения тока через коммутирующий конденсатор и тиристоры, а также тока нагрузки.

Однофазный мостовой резонансный инвертор с закрытым входом и обратными диодами

Рис. 3.10. Однофазный мостовой резонансный инвертор с закрытым входом и обратными диодами:

а — схема; б — временные диаграммы токов и напряжений

Решая приведенные уравнения относительно 1Ск (р), получаем:

где Ь = Ь3 + Ьк.

Для нормальной работы инвертора необходимо, чтобы ток тиристоров проходил через нулевое значение и напряжение на коммутирующем конденсаторе Ск было больше напряжения источника питания иа, что возможно только при колебательном режиме работы инвертора. Поэтому ток коммутирующего конденсатора определяют выражением:

гдеи = иСк0(1н1(1.

Напряжение на коммутирующем конденсаторе

Постоянную интегрирования А находим из выражения (3.26) с учетом того, что при 1 = 0 иСк = ис : А =17(1 +

Отсюда

Ток нагрузки

Уравнения для токов и 1Н справедливы в течение полного периода колебательного процесса, например когда открыты тиристоры У51? У52, а затем обратные диоды УО1} УИ2.

Напряжение на полной индуктивности контура

Напряжение на дросселях Ь3 и Ьк распределяется пропорционально их индуктивностям:

Напряжение между анодом и катодом неработающего тиристора (напряжение на вентиле в закрытом состоянии):

где КЛ — Ьк/Ь — коэффициент распределения индуктивностей в инверторе.

Так как обратное напряжение на тиристоре имеется только при работе шунтирующего его обратного диода и равно падению напряжения на диоде, угол запирания р = л/о)0, т. е. 180°.

При небольших индуктивностях коммутирующего дросселя Ьк наблюдается режим повторного отпирания обратных диодов. Возникает режим, при котором ток протекает через тиристоры и обратные диоды в противоположных плечах инвертора (например, У51? У32 и УО3, УО4); это приводит к циркуляции тока на этом интервале между реактивными элементами внутри тиристорной ячейки, минуя нагрузку, что снижает мощность инвертора. Это объясняется тем, что в момент отпирания тиристоров У51, У52 к суммарной индуктивности Ь прикладывается напряжение, равное согласно выражению (3.28) и П?(г=0) = + иск0 + гн1й и распределяемое между дросселями 1к

и Ь3 пропорционально их индуктивностям.

Если при этом Ьк / Ь < иск0 / и, то напряжение на дросселе 1К, направленное встречно напряжению на конденсаторе Ск, оказывается меньше, и в течение некоторого промежутка времени при отпирании тиристоров У51? УБ2 конденсатор Ск разряжается через обратные диоды УО3, УР4 на дроссель Ьк, минуя нагрузку. На повышенных частотах амплитуда этого тока и его производная сй/ск могут оказаться выше допустимых величин.

Во избежание циркуляционного тока коэффициент распределения индуктивности К? должен быть не ниже критическогозначения КЛкр. При отпирании очередной пары тиристоров происходит нарастание с высокой скоростью прямого напряжения на противофазных тиристорах, что может привести к их самопроизвольному отпиранию. Амплитуду первоначального скачка прямого напряжения можно снизить, уменьшая К; (при этом К? > К1кр). На рис. 3.11 приведены зависимости начального напряжения на тиристорах (а) и критических значений К; (б) от добротности контура (2 = (о0/(28). При номинальной добротности контура <2 — 1,25 К? > 0,7. Если добротность контура (2 = 0,8 + 1,4, то ПВтах/П, = 1,62.

Зависимости начального напряжения на тиристорах (а) и критических значений К (6) от добротности контура О

Рис. 3.11. Зависимости начального напряжения на тиристорах (а) и критических значений К? (6) от добротности контура О

Входной ток инвертора

8 —71---

где g = l/(l —е “о) — коэффициент раскачки; since = (Dq/ci)!;

1 ;В =-------------|.

V ьск 1 + (2g -1)2 - - (2g -1) Sin 2а

л

Действующее значение тока нагрузки

Скорость нарастания тока через тиристоры

Здесь сґча = —= —^—; І,,, = -^—е-асІ8а5Іпа.

со0 21о)о 1со0

Входная мощность инвертора

При Ср > Ск реактивная мощность конденсатора Ск в 4—5 раз превышает мощность нагрузки. Поэтому на практике для заметного снижения реактивной мощности выбирают Ср = (3 ч- 5) Ск. При этом конденсатор С выполняет роль не только разделительного, но и коммутирующего конденсатора, и полная коммутирующая емкость равна СкСр/(Ск + Ср).

В этом случае углы проводимости тиристоров оказываются больше углов проводимости обратных ДИОДОВ, Т. е. Луз > Аур. Это связано с тем, что на интервалах проводимости обратных диодов возрастает напряжение на разделительном конденсаторе Ср под действием тока 1Л.

Основными преимуществами данного инвертора являются: сохранение работоспособности при изменении сопротивления нагрузки в широких пределах — от холостого хода до короткого замыкания; малая зависимость угла запирания и напряжения на тиристорах от сопротивления нагрузки; удвоение выходной частоты.

Обратное напряжение на тиристорах на интервале восстановления управляемости близко к нулю (равно падению напряжения на открытом диоде), что является недостатком рассмотренного инвертора.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >