3577

Ток ik ' (рис.3.4,з) на этапе коммутации определяет ток ia1 , а разность (Id- ik ' ) – ток ia 2 (рис.3.4,д). В управляемом выпрямителе вид кривой ik ' определяется на отрицательном участке (рис.3.4,д), а в ведомом инверторе - на положительном участке (рис.3.4,з). Указанное приводит к некоторому различию этих преобразователей.

Коммутация токов заканчивается в момент времени t при достижении равенства ia1 = ik =Id , в связи с чем из выражения (3.5) получаем

роста угла коммутации, т.е. к уменьшению времени действия обратного напряжения на запираемом тиристоре.

Если пренебречь активным сопротивлением в цепи источника питания (генераторе и дросселе Ld), то ЭДС генератора будет полностью уравновешиваться среднем значением напряжения Ud, т.е. Ud=Ed. Среднее значение напряжения Ud имеет отрицательную полярность по сравнению с режимом выпрямления. Причем коммутационные потери напряжения должны компенсироваться за счет Ud.

Откуда

Из этого следует, что с учетом замены угла на угол напряжение Ud инвертора при 0 описывается тем же соотношением, что и напряжение Ud выпрямителя. На рис.3.5,а показана обобщенная регулировочная характеристика.

мин - в режиме ведомого инвертора.

Усредненное за период значение коммутационного падения напряжения U x также находим из кривых рис.3.4,а

откуда

C учетом коммутационных потерь напряжения среднее значение напряжения инвертора

Уравнение (3.14) определяет противо ЭДС инвертора, направленную встречно и равную напряжению источника Ed. Равенство Ed=Ud во всех режимах работы инвертора обуславливается тем, что угол является функцией входного тока инвертора Id. В частности повышение Ed вызывают рост Id (увеличение мощности, отдаваемой источником в сеть), что увеличивает угол и повышает напряжение Ud до значения Ed. Предел повышения Ed в инверторе ограничивается уменьшением разности

Зависимость напряжения Ed, питающего инвертор, от тока Id называют входной характеристикой инвертора. Уравнение характеристи-

Коммутационное падение напряжения приводит к тому, что увеличение тока Id обуславливает повышение напряжений Ed и Ud.

Графически, входные характеристики инвертора изображаются семейством параллельных прямых (при Ld ) c фиксированными значениями угла (рис.3.5,б). Повышение тока Id, как известно, сопровождается увеличением угла коммутации . По этой причине перемещение рабочей точки инвертора вправо по каждой из характеристик вызывает уменьшение угла , представляемого тиристорам для восстановления управляющих свойств. При достижении некоторого значения тока Id макс

угол становится равным минимально допустимому значению мин . Дальнейшее увеличение тока Id приводит к срыву процесса инвертирования. Очевидно, с уменьшением угла предел повышения тока Id наступает при меньшем его значении.

Предельные значения тока Id находят из точек пересечения входных характеристик с ограничительной характеристикой инвертора, показанной на рис.3.5,б пунктиром.

Для определения уравнения ограничительной характеристики выразим cosиз соотношения (3.7)

Графически ограничительная характеристика изображается прямой, имеющей наклон, обратный наклону входных характеристик инвертора.

Полученные соотношения используют при расчете схемы инвертора. Заданными обычно являются максимальное инвертируемое напряжение Ed макс и ток Id макс . По времени tв используемых тиристоров определяют

угол мин и cos мин . Задавшись значением угла , из выражения (3.14) находят параметр U d 0 и вторичное напряжение силового трансформатора Е2 U do / 0,9 . По известному значению напряжения приемной сети U1 определяют коэффициент трансформации KТ U1 U 2 , а из выражения (3.19) – допустимое значение приведенного к вторичной обмотке сопротивления Xa. Из кривых тока ia находят действующее значение первичной и вторичной обмоток. Ввиду сравнительно большого числа переменных окончательному выбору параметров схемы по приведенной методике могут предшествовать несколько уточняющих расчетов.

Коэффициент мощности ведомого инвертора, как и для выпрямителя, равен произведению коэффициенту искажения ν на коэффициент сдвига φ(1) первой гармонике тока i1(1)

cos (1) .

мощность по цепи первичной обмотки, получаются отрицательными. Это

соответствует тому, что инвертор по отношению к сети является источником энергии. Поскольку коэффициент мощности принято считать положительным, cos (1) для ведомого инвертора рассчитывают по абсолют-

ной величине

Принцип действия и характеристики однофазного ведомого инвертора, выполненного по мостовой схеме, подобны рассмотренной. Особенности мостовой схемы управляемого выпрямителя, против схемы с нулевым выводом, распространяются и на ведомые инверторы.

3.2. Трехфазный мостовой инвертор, ведомый сетью

Трехфазные инверторы отличаются от однофазных лучшим использованием тиристоров по току и напряжению, а также более высоким коэффициентом мощности. При меньшей амплитуде и более высокой частоте пульсаций напряжения Ud для сглаживания тока id требуется реактор с существенно меньшей индуктивностью.

Электромагнитные процессы в трехфазном мостовом ведомом инверторе (рис.3.6, а) качественно подобны процессам в рассмотренном однофазном

при той же последовательности отпирания тиристоров (рис.3.6,б), что и в управляемом выпрямителе (рис.3.6). Связь между углами и та же, что и ранее . Указанным значениям угла соответствует отпирание тиристоров и протекание через них тока при преимущественно отрицательной полярности фазных напряжений. Поэтому и здесь напряжение Ud (рис.3.6, в), составляемое из участков линейных напряжений отрицательной полярности и определяющая противо ЭДС инвертора Ud, имеет по-

лярность, обратную режиму выпрямления (рис.3.6,а). Принцип построения кривой напряжения Ud тот же, что и для выпрямления.

Кривые токов тиристоров на рис.3.6,г показаны с учетом коммутационных процессов в предположении идеального сглаживания тока id ( рис.3.6,в), т.е. при Ld . Процесс коммутации протекает так же, как и в управляемом выпрямителе. При отпирании очередного тиристора (например, тиристора 3) линейное напряжение (рис.3.6), на которое подключены тиристоры, иметь полярность: необходимую для запирания тиристора, заканчивающего работу; отпирания тиристора, вступающего в работу. Процесс коммутации продолжается в течение интервала и характеризуется наличием в короткозамкнутом контуре тока ik (рис.3.6,а,б). На интервале коммутации кривая напряжения Ud определяется полусуммой напряжений этих фаз. По окончании коммутации к заканчивающему работу тиристору в течение интервала δ прикладывается обратное напряжение, необходимое для его запирания. С учетом процесса коммутации длительность проводящего состояния тиристора , как и выпрямителя, увеличивается на угол , т.е.

2 3 .

Рис.3.6. Временные диаграммы

Рис.3.6. Процессы коммутации в трехфазном инверторе

Среднее значение тока, равное в однофазной схеме с нулевым выводом Id/2, здесь составляет Id/3.

Вид кривой напряжения на тиристоре показан на рис.3.6,д. Она построена из кривых напряжений (рис.3.6,б), определяющих потенциалы анода и катода тиристоров. Максимальное напряжение на тиристоре, как и в выпрямителе, равно амплитуде линейного напряжения и составляет

6E2 .

Процессы коммутации, как следует из анализа предыдущей схемы, оказывают существенное влияние на характеристики и показатели ведомого инвертора. Получающиеся для мостового инвертора соотношения подобны соответствующим соотношениям для однофазного выпрямителя. Указанное обстоятельство используется при анализе рассматриваемой схемы ведомого инвертора.

Ток коммутации ik , равный сумме свободной и принужденной составляющих, при отсчете его от момента коммутации описывается соотношением ( 3.5)

С учетом сомножителя 32 формулы (3.6)-(3.8) для трехфазного мостового инвертора принимают форму

Коэффициент искажения, как и для трехфазного управляемого выпрямителя, cоставляет

3.3. Непосредственные преобразователи частоты

Рис. 3.8. Кривая выходного напряжения (а), характер изменения во времени углов αI αII(б) НПЧ при синусоидальном законе управления При часто активной нагрузке(Lн=0) переменное выходное напряже-

ние U1формируется поочередным включением в работу тиристорных групп I и II (формирование положительной и отрицательной полуволн).

При активно-индуктивной нагрузке имеются интервалы времени, в течение которых напряжение Uн(1) и ток iн, принятой рис.3.8,а синусоидальным находятся в противофазе (интервалы 0-ω2t1, π-ω2t2). В указанных интервалах времени обеспечивается работа соответствующей тиристорной группы в режиме инвертирования. Так, например, на интервале ω2t1-π тиристорная группа I работает в режиме выпрямления, а при достижении точки π она переводится в режим инвертирования, который продолжается до момента времени ω2t2. На интервале от точки ω2t2 до 2π тиристорная группа II работает в выпрямительном режиме. На рис.2,а инверторному режиму работы тиристорной группы II соответствует интервал 0- ω2t1. На тех участках, где напряжение Uн(1) и ток iн находятся в противофазе и тиристорные группы работают в режиме инвертирования, энергия, накопления в реактивных элементах нагрузки, возвращается в сеть переменного тока частоты f1.

В НПЧ согласованное раздельное управление тиристорными группами получило большее распространение на практике, чем согласованное совместное управление. Это связано с большими трудностями в ограничении уравнительного тока, возникающего в НПЧ при совместном управ-