Инверторы напряжения на тиристорах

Трехфазный мостовой инвертор напряжения с межвентильной коммутацией (рис. 4.2). Угол проводимости тиристоров инвертора составляет 2л/3, а порядок их переключения следующий ?5! — ?$6 — ?53У32 ?55 — ?54 — ?5Р.. Коммутация тиристоров происходит таким образом. Предположим, что открыты тиристоры ?5! и ?56, а конденсаторы — С6 заряжены с полярностью, указанной на рисунке без скобок. Для запирания тиристора ?$! отпирается тиристор ?53, в результате чего образуется контур ?5Т — Сх — ?$3; за счет тока разряда конденсатора С} тиристор ?$! запирается практически мгновенно, и на нем поддерживается отрицательное напряжение в течение времени разряда конденсатора по контуру ?53 — С! — ?О7 — ?0] — — ?53 до нуля. В инверторе остается открытым тиристор другой фазы, и это приводит к образованию контура перезаряда коммутирующих конденсаторов через этот тиристор. Так, при отпирании тиристора ?53 и запирании тиристора ?5] кроме контура ?$3 — — ?07 — ?П] — Ь1 — ??3

образуется контур иа— ?53 — С3 — ?ОП — ?Й12 — ?56

Напряжение на коммутирующих конденсаторах инвертора примерно равно напряжению источника питания иа. В этом инверторе коммутирующий конденсатор подключен параллельно нагрузке только в моменты перезаряда. При высоких частотах (свыше 400 Гц) влияние отсекающих диодов (?О7 — ?О12) уменьшается. Это обусловлено тем, что время перезаряда конденсаторов становится соизмеримым с периодом переменного напряжения на выходе инвертора. Кроме того, при окончании коммутации тока коммутирующий дроссель (12) оказывается закороченным через вентили. Например, при переводе тока с тиристора ?5] на тиристор ?53 коммутирующие дроссели будут закорочены: верхний дроссель (1^) закорачивается через вентили УР9УЭ3 ?53, а нижний (12) — через вентили ?Р12 — ?$6 — ?Р6. Инвертор на идеальных элементах оказывается неработоспособным. Это объясняется тем, что в коммутационном периоде ток в дросселях и 12 несколько возрастает за счет тока перезаряда конденсаторов. Поскольку после этого интервала дроссели будут закорочены вентилями, к началу следующей коммутации ток в дросселе не изменится. В следующий период коммутации ток опять несколько возрастает и т. д., что приводит к беспрерывному возрастанию тока в дросселях. А так как этот ток определяется скоростью перезаряда коммутирующих конденсаторов, то при большом токе для восстановления запирающих свойств тиристоров остается мало времени и инвертор опрокидывается.

Схема трехфазного мостового инвертора напряжения с межвентильной коммутацией

Рис 4.2. Схема трехфазного мостового инвертора напряжения с межвентильной коммутацией

С повышением рабочей частоты инвертора возрастает скорость накопления электромагнитной энергии в дросселях, что приводит к увеличению потерь, а следовательно, к снижению КПД инвертора. Улучшить работу инвертора можно за счет введения цепей, предотвращающих накопление электромагнитной энергии в дросселях. Такие цепи показаны на рис. 4.2 пунктиром (или резисторы К2, или диоды УР и резисторы

Повысить КПД инвертора можно, если коммутирующий дроссель вывести из цепи постоянного тока и включить последовательно с конденсатором (на рис. 4.2 показана пунктиром одна из цепей). В этом случае электромагнитная энергия в дросселях не накапливается, так как через них протекает переменный ток. Однако в таком инверторе наблюдаются большие скорости нарастания напряжения на тиристорах и повышение напряжения на коммутирующих конденсаторах, а значит, и на тиристорах, с ростом тока нагрузки.

Если инвертор имеет выходной трансформатор, то для устранения накопления электромагнитной энергии обратные диоды следует подключать к отпайкам выходного трансформатора, что позволяет осуществить возврат накопленной энергии в период перезаряда конденсаторов в источник питания и тем самым повысить КПД инвертора. При этом в контур, например — У83 УП9 — УО3, вводят противоЭДС, равную 17^п/(1 - и), где п = со2/со2 (и = 0,1 ч- 0,2).

Так как длительность открытого состояния тиристоров равна 2л/3, то форма выходного напряжения зависит от коэффициента мощности нагрузки.

Трехфазный мостовой инвертор напряжения с пофазной коммутацией. На рис. 4.3 представлена схема трехфазного мостового инвертора с пофазной одноступенчатой коммутацией (инвертор Мак-Маррея). Для коммутации тиристоров используются двухобмоточные дроссели, каждая из обмоток которых имеет индуктивность Ь, и конденсаторы С] — С6. Коммутация тиристоров отличается от коммутации тиристоров в предыдущем инверторе и осуществляется между тиристорами У5г — У52, У53 — У54, У55 — У56. Угол проводимости тиристоров составляет X = л, т. е. форма выходного напряжения не зависит от коэффициента мощности нагрузки.

Принцип работы инвертора рассмотрим на примере одной фазы. Предположим, что в некоторый момент времени открыт тиристор Тиристор У52 и обратные диоды и УП2 не проводят ток. Так как падением напряжения на дросселе и тиристоре 75] пренебрегаем, то напряжение на конденсаторе С! в этот момент будет равно нулю, а на конденсаторе С2иа. Тиристор 75] запирается при отпирании тиристора 752. При этом к нижней обмотке дросселя прикладывается напряжение пс2 = 1^, а в верхней его обмотке индуктируется ЭДС, равная Щ (если взаимная индуктивность М — 1), которая через конденсатор С] прикладывается к тиристору 75] в обратном направлении. Тиристор 75] запирается, а ток нагрузки протекает через конденсатор С]. В течение времени, пока конденсатор С] заряжается, а конденсатор С2 разряжается, к тиристору 75] приложено обратное напряжение и он восстанавливает свои запирающие свойства. При разряде конденсатора С2 до нуля и заряде конденсатора С] до напряжения иа протекание тока через конденсаторы прекращается, а ток нагрузки (нагрузка активно-индуктивная) и ток дросселя замыкаются через обратные диоды, причем энергия, запасенная в дросселе, будет циркулировать в контуре Ь — 752 — 7П2 — I. Таким образом, в инверторе наблюдается накопление избыточной энергии в коммутирующих дросселях. Интенсивность накопления этой энергии возрастает с повышением выходной частоты, а следовательно, увеличиваются потери в инверторе, выполненном на реальных элементах. Улучшить энергетические показатели инвертора можно, подключив обратные диоды к отпайкам выходного трансформатора. Преимуществами инвертора являются хорошая форма выходного напряжения и низкое напряжение на тиристорах (Пу5ш = и^. На рис. 4.4 приведена схема трехфазного мостового инвертора напряжения с пофазной двухступенчатой коммутацией и дросселем в цепи постоянного тока, для коммутации тока рабочих тиристоров 75] — 756 применены коммутирующие тиристоры 757 — 7512.

Процесс коммутации в инверторе рассмотрим только для тиристоров фазы А. Процессы в других группах тиристоров аналогичны. Предположим, что открыт рабочий тиристор 75], конденсатор С] заряжен с полярностью, указанной на рисунке без скобок. Для запирания тиристора 75] отпирается тиристор 757 и под действием разрядного тока конденсатора С] тиристор 75] запирается, ток нагрузки переходит в цепь 757 — С1? а на тиристоре 75] поддерживается отрицательное напряжение в течение времени разряда конденсатора по контуру С] — 7П] — Ь — 757 — С]. При этом напряжение в фазе А сохраняет свои величину и полярность, так как через обратный диод УО1 резистор 7а подключен к источнику В конце перезаряда (г = 0) конденсатор С будет иметь полярность, указанную на рисунке в скобках, и тиристор У57 запрется. Ток фазы будет замыкаться через обратный диод УО2, спадая до нуля, и при реверсировании перейдет в тиристор УБ2 (отпирание диода УО2 происходит в момент времени, соответствующий ис — иа~). В связи с тем, что перезаряд конденсатора происходит через дроссели I, обладающие начальным запасом энергии, напряжение на конденсаторах превышает напряжение источника питания. Так как в определенные моменты времени в инверторе создается короткозамкнутый контур коммутирующего дросселя (например, при запирании тиристора — короткозамкнутый контур нижнего коммутирующего дросселя Ь — УО2 У52), то на высоких частотах требуется энергопоглотитель, предотвращающий накопление электромагнитной энергии в коммутирующем контуре. В данном инверторе энергопоглотитель состоит из дополнительной обмотки на коммутирующем дросселе и диодов УО7, УО8 и обеспечивает возврат энергии коммутирующих дросселей в источник питания. Коэффициент трансформации п = юрс = иа(где сор, сос — число витков соответственно рабочей обмотки и обмотки сброса; Д17 — сумма падения напряжения на рабочем тиристоре и обратном диоде) получается высоким. Так как в отдельные моменты времени на коммутирующем дросселе может быть напряжение 1^/2, вследствие большого коэффициента трансформации к диодам УО7 и УО8 могут прикладываться значительные обратные напряжения. Поэтому такой энергопоглотитель можно использовать для инверторов с относительно низким напряжением питания (1^ = 50 ч- 100 В).

Рассмотренный инвертор находит применение в преобразователях частоты с широтно-импульсным и амплитудным регулированием выходного напряжения. Он имеет ряд преимуществ: а) хорошую перегрузочную способность, т. е. малый спад коммутационной способности с увеличением тока нагрузки; б) обратное напряжение прикладывается к тиристору на всем интервале восстановления его запирающих свойств; в) плавное нарастание тока через рабочие тиристоры при переходе тока с обратных диодов и при срыве инвертирования.

Основным недостатком инвертора является значительная установленная мощность коммутирующих дросселей в цепи рабочих тиристоров.

Схема трехфазного мостового инвертора напряжения с пофазной одноступенчатой коммутацией

Рис. 4.3. Схема трехфазного мостового инвертора напряжения с пофазной одноступенчатой коммутацией

Схема трехфазного мостового инвертора напряжения с пофазной двухступенчатой коммутацией

Рис. 4.4. Схема трехфазного мостового инвертора напряжения с пофазной двухступенчатой коммутацией

В инверторе, схема которого показана на рис. 4.5, коммутирующие дроссели вынесены из силовой цепи в цепь конденсаторов. Коммутационные процессы рассмотрим, например, для тиристоров фазы С. Предположим, что ток нагрузки протекает через тиристор У?5 и коммутирующий конденсатор С заряжен с полярностью, указанной на рисунке без скобок. Для запирания рабочего тиристора У?5 отпирается коммутирующий тиристор У5П. Так как последовательно с конденсатором включен дроссель I, ток нагрузки, имеющий в этот момент времени значение 1н0, переходит в контур У5П — I — С не мгновенно, а по мере вытеснения его из тиристора 7Б5. Как только ток коммутирующего контура становится равным току через рабочий тиристор У35, последний запирается и отпирается обратный диод У05. При этом 1с > 1н0 и напряжение на тиристоре У35 равно нулю (в реальных инверторах к тиристору приложено небольшое отрицательное напряжение, равное падению напряжения на обратном диоде). Конденсатор перезаряжается током 1С, часть которого, равная 1н0, протекает по контуру С — Хн — У52 (У$4) — У5П — I — С, а остальная часть (7С - /н0) замыкается через обратный диод УП5. Таким образом, напряжение на нагрузке сохраняет свои величину и полярность, так как фаза С нагрузки через обратный диод УЕ>5 и тиристор У32 (У$4) подключена к источнику питания иа. При 1с = 1н0 обратный диод УП5 запирается и конденсатор заряжается постоянным током 1н0 по контуру У5ИЬ — С — Хн— У$2 (У$4) — иа У$п-При ис = и(1 отпирается обратный диод УР6, и энергия, запасенная в дросселе, отдается в конденсатор. При этом продолжается заряд конденсатора по контуру Ь — С — УО6 — [}(1У?пЬ до тех пор, пока 1С = 1Ь > 0. С момента запирания тиристора У55 и до момента запирания обратного диода УЭ5 напряжение на тиристоре У$5 равно нулю. За это время тиристор восстанавливает свои запирающие свойства.

Схема трехфазного мостового инвертора напряжения с пофазной двухступенчатой коммутацией и дросселем в цепи конденсатора

Рис. 4.5. Схема трехфазного мостового инвертора напряжения с пофазной двухступенчатой коммутацией и дросселем в цепи конденсатора

Данный инвертор значительно менее устойчив к изменениям нагрузки, чем инвертор, выполненный по схеме рис. 4.4.

В рассматриваемом инверторе при увеличении тока нагрузки повышается напряжение на конденсаторе. Для ограничения амплитуды колебания напряжения на конденсаторе могут быть использованы диодно-резисторные цепи сброса избыточной энергии из коммутирующего контура (на рисунке показаны пунктиром). После окончания процесса коммутации, связанного с запиранием, например тиристора У?5, коммутирующий конденсатор С, заряженный до напряжения, превышающего напряжение иа, разряжается по контуру С — Ь — Я — УП7ил — УО6 С до напряжения IIРазрядный резистор Я придает разряду конденсатора апериодический характер, что необходимо для того, чтобы конденсатор не разрядился до напряжения, меньшего ил.

Для установления начального напряжения на конденсаторе при пуске инвертора и обеспечения работоспособности его в режиме холостого хода (когда отсутствует часть необходимой для коммутации энергии, определяемой током нагрузки) применяют цепи заряда и подзаряда конденсатора от источника питания.

Контуры заряда и подзаряда создаются накрест лежащими рабочими (УБ5, УБ6) и зарядными (У513, У5]4) тиристорами. Резистор Я обеспечивает апериодический характер процессов заряда и подзаряда, что позволяет поддерживать напряжение на конденсаторе перед коммутацией неизменным и равным иа во всех режимах работы инвертора. Основные преимущества инвертора с дросселем в цепи конденсатора: а) небольшая установленная мощность коммутирующих дросселей, так как они вынесены из силовой цепи; б) прямые напряжения на рабочих тиристорах ненамного превышают напряжение источника питания; в) отсутствие короткозамкнутых контуров; г) плавное нарастание тока в коммутирующих тиристорах и спад тока в силовых тиристорах.

Недостатками инвертора являются: а) малая перегрузочная способность; б) близкое к нулю обратное напряжение на рабочих тиристорах на интервале восстановления их запирающих свойств, что приводит к увеличению реального времени восстановления в 2—5 раз. Для получения отрицательного напряжения на рабочем тиристоре на интервале его восстановления в цепь обратных диодов можно включить дроссель; в) высокая скорость нарастания прямого напряжения после запирания тиристоров.

Трехфазный мостовой инвертор напряжения с индивидуальной коммутацией. Такие инверторы по своим свойствам наиболее близки к инверторам на полностью управляемых вентилях. Особенностью инвертора, выполненного по схеме рис. 4.6, является то, что каждый рабочий тиристор 75] — 756 имеет специальное коммутирующее устройство, состоящее из дросселя конденсатора С, тиристоров Т$7 — 7512 и диодов 7?)13 — ТЭ18. Инвертор работает следующим образом. Для запирания, например, рабочего тиристора 75! отпирается коммутирующий тиристор Т?7 и под действием разрядного тока конденсатора тиристор 75] запирается. Ток нагрузки переходит на тиристор 757, а конденсатор перезаряжается по контуру С — 75 7 — 7Р7 —?2 — ^1 — С- После того как конденсатор зарядится до напряжения, равного напряжению источника питания (полярность указана на рисунке в скобках), тиристор 757 запирается, а ток нагрузки переходит на обратный диод 7Р2, что обеспечивает обмен реактивной энергией между фазами С и В. Энергия, запасенная в дросселе 12 в момент коммутации, возвращается через обратные диоды 70] и 7О2 в источник питания. Поэтому в данном инверторе необходимость в энергопоглотителе отпадает. Диоды Т07— 7О12 предотвращают разряд коммутирующих конденсаторов на нагрузку.

Схема трехфазного мостового инвертора напряжения с двухступенчатой индивидуальной коммутацией

Рис. 4.6. Схема трехфазного мостового инвертора напряжения с двухступенчатой индивидуальной коммутацией

После коммутации полярность на конденсаторе (указана на рисунке в скобках) такова, что следующая коммутация не может быть осуществлена. Изменение полярности на конденсаторе происходит таким образом. При очередном отпирании рабочего тиристора 75! образуется контур С — 75! — 7П13 — Поскольку активное сопротивление контура мало, происходит колебательный процесс, в результате которого конденсатор перезаряжается (полярность указана без скобок). Напряжение, до которого зарядится конденсатор, зависит от добротности контура и приблизительно равно первоначальному напряжению.

Для нормальной работы инвертора требуется предварительная подготовка его к пуску, т. е. вначале следует зарядить коммутирующие конденсаторы.

Трехфазный инвертор напряжения с групповой коммутацией. На рис. 4.7 представлена схема трехфазного мостового инвертора напряжения с двухступенчатой последовательной коммутацией. Анодная (751? 753, 755) и катодная (752, 754, 756) группы рабочих тиристоров имеют свои отдельные групповые коммутирующие контуры С?!, 11, Т57 и С2, 11, 758. Диоды 7Р7, 7О8 и дроссели Ь2 предназначены для заряда коммутирующих конденсаторов С1 и С2. Для нормальной работы инвертора необходимо, чтобы зарядные дроссели имели индуктивность, намного превышающую индуктивность коммутирующих дросселей, т. е. Ь2 » 11.

Схема трехфазного мостового инвертора напряжения с двухступенчатой групповой коммутацией

Рис. 4.7. Схема трехфазного мостового инвертора напряжения с двухступенчатой групповой коммутацией

Для запирания тиристоров анодной группы отпирается коммутирующий тиристор У57 и к коммутирующему дросселю прикладывается импульс напряжения при перезаряде конденсатора Ср а к тиристорам У?15 У53 У?5 — импульс обратного напряжения, запирающий открытый тиристор. Аналогично происходит запирание рабочих тиристоров катодной группы. Контур перезаряда коммутирующих конденсаторов на интервале коммутации отделен от цепи нагрузки запертым рабочим тиристором и ток нагрузки не участвует в перезаряде конденсатора.

Коммутирующие конденсаторы могут заряжаться не от основного источника питания, а от вспомогательных источников коммутирующего напряжения Сн1, Сн2 (рис. 4.8). Так же, как и в предыдущей схеме, для нормальной работы инвертора необходимо, чтобы зарядные дроссели Т7, Ь8 имели индуктивность, превышающую индуктивность коммутирующих дросселей — Ь6 на один-два порядка. Величину их выбирают из условия обеспечения заряда конденсатора до напряжения исо к моменту отпирания очередного коммутирующего тиристора. Инвертор имеет два коммутирующих контура, предназначенных для коммутации рабочих тиристоров анодной и катодной групп. Учитывая, что в коммутирующем контуре наблюдается накопление энергии, коммутирующие дроссели — 16 снабжают цепями сброса (отвода) избыточной энергии в источник питания. Эти цепи состоят из общего трансформатора сброса Тр, первичные обмотки которого подсоединены с помощью диодов УЭ7 — УЭ12 к коммутирующим дросселям. Использование трансформатора для сброса избыточной энергии из коммутирующего контура позволяет упростить конструкцию коммутирующих дросселей. При этом они имеют по одной обмотке и могут быть выполнены без сердечников.

Коммутация тока, например, рабочего тиристора У81? осуществляется при отпирании коммутирующего тиристора У87. При этом образуется контур Сх — — У57 — перезаряда

конденсатора, заряженного до напряжения исо с полярностью, указанной на рисунке. Тиристор запирается и к нему прикладывается обратное напряжение исо - иа, действующее в течение времени Гвыкл, пока напряжение ис не уменьшится до При уменьшении напряжения ис до Пн1 отпирается диод П)13 и образуется контур из двух дросселей Ь7 и в котором ток 1К нарастает медленно, так как Ь7^> Ьг. Когда ток через коммутирующий тиристор У57 становится равным нулю (іУ57 = ік -- іс = 0, где іс ток перезаряда конденсатора по контуру —

— У57 — СД тиристор запирается, а конденсатор заряжается от источника 17н1 по цепи 17н] — С1Ь7 VD]з — 17н1. После запирания коммутирующего тиристора У57 ток коммутирующего дросселя переходит в диод УЛ7 и обмотку (х»! трансформатора сброса, и избыток энергии коммутации возвращается в источник питания.

Рис. 4.8. Схема трехфазного мостового инвертора напряжения с групповой коммутацией и двумя источниками коммутирующего напряжения

Инверторы данного типа могут быть выполнены и с одним источником коммутирующего напряжения (рис. 4.9). В приведенной схеме для коммутации тока рабочих тиристоров анодной и катодной групп применены соответственно коммутирующие тиристоры У$7 и У58. Для предотвращения накопления избыточной энергии в дросселях 115 Ь2, особенно на повышенных частотах, в инвертор введены цепи (резисторы Я15 К2 и диоды Т)7, УВ8), шунтирующие дроссели.

Трехфазный инвертор напряжения с общей коммутацией. Коммутация рабочих тиристоров в схеме рис. 4.10 производится с помощью специального коммутирующего устройства, состоящего из дросселей Ь1 и Ь2, тиристоров УБ7 У510 и коммутирующего конденсатора С. Инвертор работает следующим образом.

Схема трехфазного мостового инвертора напряжения с групповой коммутацией и одним источником коммутирующего напряжения

Рис. 4.9. Схема трехфазного мостового инвертора напряжения с групповой коммутацией и одним источником коммутирующего напряжения

Предположим, что открыты рабочие тиристоры У5г и У54. Для запирания рабочего тиристора отпираются коммутирующие тиристоры У37, У8 10, и конденсатор С начинает разряжаться по контуру С — УБ10 УП2 — УЭ! — Ц — У37 — С. К дросселю прикладывается напряжение исо > и(1 и тиристор запирается. После запирания тиристора ?5! конденсатор начинает перезаряжаться от источника питания по контуру 11(1 — — УБ7 — С — У510ил. Перезаряд коммутирующего конденсатора будет происходить от напряжения исо до напряжения, превышающего со, так как в контур входит источник питания; кроме того, дроссель перед началом коммутации обладает энергией / 2, которая переходит в конденсатор, т. е. имеет место процесс накопления энергии в коммутирующем контуре. Для устранения накопления энергии в дросселях и Ь2 служит устройство сброса, состоящее из дополнительных обмоток о)2 и диодов УО7 и УО8. Устройство сброса фиксирует напряжение на конденсаторе, отдавая избыточную энергию дросселя в источник постоянного тока. Напряжение на конденсаторе 11С() всегда больше напряжения 17^, что необходимо учитывать при рассмотрении принципа работы устройства сброса.

При перезаряде конденсатора до напряжения со ток в коммутирующем конденсаторе

где пс = (1)2/0)] — коэффициент трансформации между рабочей и дополнительной обмотками.

Оптимальным следует считать пс = 2. Тогда, с учетом индуктивности рассеяния обмоток о)2 и Ш] и активных сопротивлений коммутирующего контура, можно считать иСтах = (1,65 ч- 1,85)

Схема трехфазного мостового инвертора напряжения с общей коммутацией

Рис. 4.10. Схема трехфазного мостового инвертора напряжения с общей коммутацией

При отпирании диода УП8 (УП7) напряжение на рабочей обмотке дросселя не может превысить значение иа/пс, а напряжение на конденсаторе — значение (1 - пс)[7^/пс, и ток іь переходит из рабочей обмотки в магнитно-связанную с ней дополнительную обмотку (обмотку сброса). При этом тиристоры У57 и У510 запираются. Ток іь при запирании тиристоров У37 и У510 под действием противо-ЭДС источника питания начинает спадать, замыкаясь через диод УО8 Для запирания рабочего тиристора У54 отпираются тиристоры У58, У59, и процесс повторяется.

Для рассматриваемого типа инверторов характерен многократный (шестикратный) заряд и разряд конденсатора С за период. В связи с этим такие инверторы применяют на сравнительно низких частотах. Коммутирующий конденсатор С в данном инверторе используется эффективно.

Уменьшить число коммутирующих тиристоров можно, используя среднюю точку источника питания (рис. 4.11). Для запирания тиристоров анодной и катодной групп служат соответственно коммутирующие тиристоры У57, У58. При отпирании тиристора У57 (конденсатор при этом заряжен в результате предыдущей работы схемы до напряжения, превышающего 1^/2, с полярностью, указанной на рисунке без скобок), к тиристорам анодной группы прикладывается обратное напряжение 17со - иа/2 по контуру У57 — С — С2 — УО2 ^б)- Конденсатор С перезаряжается по контуру С — — У37 С. К кон

цу перезаряда конденсатор зарядится до напряжения, большего начального, и после нескольких циклов перезаряда напряжение на конденсаторе может оказаться значительно больше напряжения источника питания (напряжение на конденсаторе ограничивается добротностью контура конденсатор — дроссель). Для ограничения напряжения на коммутирующем конденсаторе в инверторе применены диоды УП7, УО8 и дополнительные обмотки (обмотки сброса) на коммутирующих дросселях 12. Через цепи сброса энергия, запасенная в магнитном поле коммутирующих дросселей, отдается в источник питания и нарастание напряжения на коммутирующем конденсаторе прекращается. При этом напряжение на обмотке сол дросселя составляет ил/2пс, а на коммутирующем конденсаторе — (1 + + пс)^/2пс.

Схема трехфазного мостового инвертора напряжения с общей коммутацией и средней точкой источника питания

Рис. 4.11. Схема трехфазного мостового инвертора напряжения с общей коммутацией и средней точкой источника питания

Схема трехфазного мостового инвертора напряжения с общей коммутацией и сбрасывающими тиристорами

Рис. 4.12. Схема трехфазного мостового инвертора напряжения с общей коммутацией и сбрасывающими тиристорами

На рис. 4.12 в качестве вентилей сбрасывающей цепи инвертора применены тиристоры У58, У?10. Управляющий импульс на тиристор У58 (У510) подается с некоторым запаздыванием по отношению к управляющему импульсу тиристора У57 (У59). Для ограничения напряжения на коммутирующем конденсаторе в конце его перезаряда отпирается тиристор У?8 (У510) и часть запасенной энергии в дросселе (12) отдается в источник питания. Изменяя момент отпирания тиристоров У58, У510, можно: а) поддерживать напряжение на коммутирующем конденсаторе на максимально возможном уровне независимо от величины входного напряжения; б) регулировать напряжение на конденсаторе, обеспечивая постоянный угол запирания рабочих тиристоров при изменении частоты и тока нагрузки.

К недостаткам схемы следует отнести сложность системы управления инвертором.

Для работы инвертора на повышенных частотах можно использовать коммутирующий контур с ускоренным (форсированным) перезарядом конденсатора. На рис. 4.13, а приведена схема инвертора, к основному (коммутирующему) контуру которого добавлен контур ускоренного (форсированного) перезаряда конденсатора.

Элементами основного контура соответственно анодной и катодной групп являются коммутирующий дроссель Дрт (Др4), коммутирующий тиристор У57 (У58) и конденсатор С, а элементами форсирующего контура — дроссель Др2 (ДРз), индуктивность которого значительно меньше индуктивности дросселя Др! (Др4) ?к — (5 ч- 10)1ф, и дополнительный тиристор У59 (У5]0). Коммутирующие и форсирующие дроссели снабжены цепями сброса избыточной энергии из коммутирующего контура. Эти цепи состоят из обмоток сброса со2 на коммутирующих и форсирующих дросселях и диодов УЕ>7 — КР10.

Трехфазный инвертор напряжения с общей коммутацией и ускоренным перезарядом конденсатора

Рис. 4.13. Трехфазный инвертор напряжения с общей коммутацией и ускоренным перезарядом конденсатора: а — схема; б — временная диаграмма напряжений

Принцип работы коммутирующего контура заключается в следующем. Для запирания тиристора в момент времени (рис. 4.13, б) подается сигнал на отпирание коммутирующего тиристора У57. Напряжение конденсатора С через конденсатор С2 и диоды УЕ)1, УО2 прикладывается к обмотке со1 дросселя Др! и тиристор 75! запирается, а конденсатор С перезаряжается по контуру С — Ст Др2 — У37С. Тиристор У59 отпирается после коммутирующего тиристора У57 с задержкой, равной или большей расчетного времени восстановления запирающих свойств рабочего тиристора (С2 - > Гвост). Начи

ная с момента отпирания тиристора У59 (момент времени Г2) перезаряд конденсатора происходит по контурам С — Сг — ДР! — У57 — С и С — С! — Др2 — У$9 — С с угловой частотой соо = где Тэкв = ?к1ф/(Тк + Тф). Общая продолжитель

ность процесса перезаряда конденсатора в инверторе значительно (в 5—10 раз) меньше, чем при отсутствии форсирующего контура (кривая, показанная на рис. 4.13, б пунктиром). Форма импульса напряжения на конденсаторе слабо зависит от тока 1н0 и напряжения С1с1.

При пс = 2 максимальное напряжение на тиристорах в прямом направлении Ппртах = (1,4 ч- 1,6)1^, а в обратном — Побр = (0,4 ч- 0,6)1/,. Максимальное обратное напряжение на диодах сброса Пдобр = (3,3 ч- 3,7) иа, а максимальное напряжение на коммутирующем конденсаторе иСтах = (0,9 -е- 1,1)1/,.

Трехфазный инвертор напряжения с межфазной коммутацией. В инверторе с межфазной коммутацией (рис. 4.14) каждый коммутирующий конденсатор предназначен для запирания двух тиристоров разных фаз (С1 — тиристоров У51, У$4; С2 — тиристоров У53, У56; С3 — для тиристоров У35, У$2). Принцип работы инвертора следующий.

Схема трехфазного инвертора напряжения с межфазной коммутацией

Рис. 4.14. Схема трехфазного инвертора напряжения с межфазной коммутацией

Предположим, что открыты тиристоры У5} У54 У55. Конденсатор Сг при этом заряжен с полярностью, указанной на рисунке без скобок, для запирания тиристора У5Т отпирается тиристор У57. К тиристору У51 прикладывается обратное напряжение, равное исо - иа/2, через диод УО2 и тиристор У57, а конденсатор перезаряжается по контуру С! — С4 — Др: — У57 — Сг После окончания процесса перезаряда полярность напряжения на конденсаторе С! изменяется на обратную (на рисунке указана в скобках), что необходимо для запирания тиристора У54.

При пс = 2 максимальное напряжение на тиристорах в прямом направлении Ппртах = (1,35 ч-1,5) иа, а в обратном — 1/обр = = (0,3 ч- 0,5) Максимальное обратное напряжение на диодах сброса Пу5обр = (3,2 ч- 3,5) 1^, а максимальное напряжение на коммутирующих конденсаторах ПСмах = (0,85 ч- 1,0) 17^. Межфазная коммутация легко обеспечивает двукратное запирание каждого рабочего тиристора в течение полупериода, что позволяет производить широтно-импульсное регулирование выходного напряжения.

Трехфазный инвертор напряжения на полностью управляемых вентилях. Одним из вариантов схем трехфазных АПН на полностью управляемых вентилях является инвертор (рис. 4.15), состоящий из трех однофазных полумостовых инверторов, работающих на активно-индуктивную нагрузку.

Схема трехфазного инвертора напряжения на полностью управляемых вентилях

Рис. 4.15. Схема трехфазного инвертора напряжения на полностью управляемых вентилях

Системы управления транзисторов (УТГ) имеют различные алгоритмы. Например, транзисторы могут иметь управление импульсами через 120 градусов (рис. 4.16). Тогда положительная полуволна выходного напряжения каждой фазы может формироваться при включении транзистора, имеющего четный номер. Номера транзисторов при этом соответствуют очередности подачи управляющих импульсов на транзисторы. В данном случае положительная полуволна напряжения фазы А формируется при включении транзистора УТ4 в момент времени 1 = 0. Тогда отрицательная полуволна будет сформирована при включении транзистора УТ} при Г = л. Амплитуда фазного напряжения равна напряжению на верхней емкости фильтра С1? которое составляет половину напряжения источника питания иа. Ток нагрузки фазы А замыкается через нулевой провод.

Временные диаграммы работы схемы рис. 4.15

Рис. 4.16. Временные диаграммы работы схемы рис. 4.15

Если есть нулевой провод, соединяющий нулевую точку звезды нагрузки со средней точкой входного фильтра, разные фазы инвертора будут работать независимо друг от друга. С целью получения более высоких энергетических показателей возможны различные способы управления транзисторами инвертора, например, с длительностью управляющих импульсов 180°, или с длительностью управляющих импульсов 120°, и др. При длительности управляющих импульсов в 120° форма выходного напряжения зависит от параметров нагрузки, как показано выше. В инверторах, как правило, используется лишь управление с длительностью импульсов в 180°, в этом случае кривая фазного напряжения имеет прямоугольную форму с амплитудой, равной половине напряжения в звене постоянного тока. Соответственно, спектр выходного напряжения одной фазы содержит все нечетные гармоники, а действующее значение первой гармоники выходного напряжения определяется соотношением Пн(1) = 0,451/^.

Контрольные вопросы и задания

  • 1. Зачем в инверторах напряжения включаются обратные диоды?
  • 2. Зачем на входе АНН стоит конденсатор?
  • 3. Как изменить частоту выходного напряжения автономного инвертора?
  • 4. Покажите контуры протекания тока в АИН.
  • 5. Каков вид внешней характеристики АИН? От чего зависит наклон характеристики?
  • 6. Как снять внешнюю характеристику?
  • 7. Что такое регулировочная (частотная) характеристика автономного инвертора?
  • 8. Как снять регулировочную (частотную) характеристику?
  • 9. Как определить КПД АИН?
  • 10. Что зависит от несущей частоты?
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >