Преобразовательная техника
.pdfсоставляющая |
тока; Iп = |
Uп |
– переменная |
составляющая |
тока; |
|
Rd |
||||||
|
|
|
|
|
kп = Uп – коэффициент пульсаций без фильтра.
Ed
При введении в цепь нагрузки дросселя(ключ К выключен) составляющая тока и напряжения в нагрузке изменится:
¢ |
Ed |
|
¢ |
|
Uп |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Id = |
Rd + Rдр |
; |
Iп = |
(Rd + Rдр )2 + m(wLдр )2 |
, |
(3.2) |
где Rдр – активное сопротивление обмотки дросселя; m – пульсность выпрямителя.
¢ ¢ |
|
|
Ed Rd |
|
|
|
¢ |
|
|
|
|
|
|
|
Uп Rd |
|
|
|
|
|
|
|||||
Ed = Id Rd = |
|
|
|
|
|
; |
Uп = |
|
|
|
|
|
|
|
; |
(3.3) |
||||||||||
|
Rd + Rдр |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
(Rd + Rдр )2 + m(wLдр )2 |
|||||||||||||||||||||||||
¢ |
|
|
¢ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
+ |
R |
|
|
|
|
|
|
|||||
Uп |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d |
|
|
др |
|
|
|
|
|
|
||||||
kп = |
|
|
|
|
= kп |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
(3.4) |
||
|
|
¢ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
(Rd + Rдр ) |
2 |
+ (mωLдр ) |
2 |
|
|
|||||||||||||||||
|
Ed |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Учитывая, что |
|
|
kп |
= q |
|
|
– коэффициент сглаживания |
фильтра, |
||||||||||||||||||
|
|
¢ |
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
kп |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
найдем величину Lдр , обеспечивающую заданный коэффициент q: |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
Rдр + Rd |
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
L |
= |
|
|
q2 -1 |
|
|
|
|
|
(3.5) |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
др |
|
|
|
|
|
mω |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Поскольку Rd >> Rдр , |
q >> 1, то |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L |
|
= |
Rq |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
(3.6) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
др |
|
mw |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Из последнего выражения следует, что при заданном ω требуемая величина Lдр тем меньше, чем меньше Rd , то есть индуктивный сгла-
живающий фильтр наиболее целесообразно применять в цепях с малыми Rd .
3.2. ЕМКОСТНЫЙ СГЛАЖИВАЮЩИЙ ФИЛЬТР |
|
|||
Емкостный |
сглаживающий |
фильтр |
представляет |
собой |
конденсатор С, подключенный параллельно нагрузке выпрямителя. При |
|
|||
наличии пульсаций в выпрямленном напряжении конденсатор будет пе- |
|
|||
риодически подзаряжаться и разряжаться на нагрузку(рис. 3.2), |
|
|||
поддерживая при |
этом постоянную составляющую Ed |
неизменной. |
|
111
Коэффициент пульсаций при наличии конденсатора равен kп = U 'п .
Ed
U |
|
|
|
UC max |
|
|
|
Ed |
|
DUC |
|
¢ |
|
||
|
|
||
UC min |
Uп |
|
|
T |
T |
||
|
|||
|
m |
m |
|
|
|
t |
|
Рис. 3.2. Диаграмма работы ёмкостного |
|||
сглаживающего фильтра |
Введем допущение, |
что ток конденсатора iC в режиме разряда не |
|||||||||||||||||||||||||
изменяется: iC = IC = Id , |
а |
заряд |
|
и разряд |
конденсатора |
протекают в |
||||||||||||||||||||
течение |
интервала |
T |
, где m – |
|
пульсность выпрямителя, |
Т – период |
||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
напряжения питающей сети. Тогда |
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
m |
|
|
|
|
IdT |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
DU |
C |
= |
|
|
|
i dt = |
. |
|
|
(3.7) |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
C |
ò d |
|
|
|
|
Cm |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
T = |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
f |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Поскольку |
|
|
|
|
|
|
|
|
' |
|
|
|
|
Id |
|
|
|
|
|
(3.8) |
||||||
UC = |
2U |
|
п = |
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Cfm |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
k' п |
= |
|
|
|
Id |
|
|
|
|
= |
|
|
|
1d |
|
, |
|
|
||||
|
|
|
|
2CfmEd |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2CfmRd |
|
|
|||||||||||||||
отсюда |
находим |
величинуC , |
|
обеспечивающую |
|
требуемый |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¢ |
|
: |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
коэффициент пульсаций на нагрузке kп |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
C = |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
(3.9) |
||||
|
|
|
|
|
|
2Rd mfk' |
п |
|
¢ |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
требуется тем |
||||||||||||||
Из этого выражения следует, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
что при заданном kп |
меньшая величина емкости C , чем больше сопротивление Rd , то есть емкостный фильтр целесообразно использовать в цепях с большими значениями Rd .
112
3.3. УМНОЖИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ
Умножители напряжения относятся к классу неуправляемых выпрямителей с емкостным характером нагрузки, выходное напряжение которых кратно напряжению на входе.
Существуют следующие схемы умножители напряжения:
§симметричный (рис. 3.3);
§несимметричный I рода (рис. 3.4, а);
§несимметричный II рода (рис. 3.4, б).
В схеме рис. 3.3 Ud = UC1 +UC2 » 22E2 , так как каждый конденсатор заряжается до амплитудного значения ЭДСe2 через вентиль
B1 и B2 , работающие, соответственно, в положительном и отрицательном полупериоде.
Тр |
|
B2 |
B1 |
|
U1 |
e2 |
С |
2 |
С |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
Rd |
Рис. 3.3. Симметричная схема умножителя напряжения
В |
|
схеме (рис. 3.4, а) |
|
UC |
= 2E2 ; |
UC |
= |
2E2 +UC |
= 2 |
2E2 ; |
|||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
1 |
|
|
|
UC3 = |
|
E2 +UC2 |
= 3 |
|
E2 |
и т. д. на каждом следующем конденсаторе |
|||||||
2 |
2 |
||||||||||||
напряжение возрастает на |
|
E2 . |
|
|
|
|
|
|
|||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|||||||
Подключая |
нагрузку к |
любому |
конденсатору |
с |
порядковым |
номером n , можно получить напряжение на нагрузке, n-кратное амплитудному значению напряжения на вторичной обмотке трансформатора.
Основным отличием этих двух схем является , что в первом случае напряжение на каждом следующем конденсаторе возрастает, и следовательно, увеличиваются его масса и габариты.
Во втором случае напряжение на конденсаторе не превышает величины 22E2 , для получения достаточно высокого напряжения здесь необходимо последовательно включать несколько конденсаторов, что приводит к существенному снижению их результирующей емкости.
В схеме (рис. 3.4, б): UC1 = 2E2 ;
UC2 = 2E2 +UC1 = 22E2 ;
113
|
UC3 = 2E2 +UC2 -U1 = 2 2E2 ; |
|
||||||||
UC |
|
= |
|
E2 +UC |
+UC |
-UC |
= 2 |
|
E2 |
|
4 |
2 |
2 |
|
|||||||
|
1 |
|
3 |
2 |
|
|
|
|||
и . т д. на |
|
каждом |
следующем |
конденсаторе |
напряжение |
составляет 22E2 . Для получения нужного напряжения на нагрузке ее подключают между соответствующими конденсаторами:
UC1 +C3 = 32E2 ;
UC2 +C4 = 42E2 … и т. д.
Тр
U1 e2
С1 |
|
|
|
С2 |
|
|
С3 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
B1 |
|
B2 |
|
B3 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a
Тр С1
U1 e2
С3
С2 |
B4
С4
б
Рис. 3.4. Несимметричные схемы умножителей напряжения
Контрольные вопросы
1. Поясните принцип работы индуктивного сглаживающего фильтра.
2.Когда целесообразно использование индуктивного сглаживающего фильтра? Почему?
3.Поясните принцип работы емкостного сглаживающего фильт-
ра.
4.Когда целесообразно использовать емкостный сглаживающий фильтр? Почему?
5.Поясните работу умножителей напряжения.
6.Каковы принципиальные особенности умножителейI и II ро-
да?
114
ГЛАВА 4. ИНВЕРТОРНЫЕ УСТРОЙСТВА
Инверторами называются устройства, преобразующие энергию постоянного тока в энергию переменного. Инверторытока подразделяются на зависимые (или ведомые сетью) и независимые (или автономные). Исходя из логической последовательности, рассмотрение вопроса начнем с класса зависимых инверторов.
4.1.ЗАВИСИМЫЕ ИНВЕРТОРЫ
4.1.1.Однофазные зависимые инверторы
В |
схемном |
отношении |
зависимый |
инвертор |
аналогичен |
|
управляемому выпрямителю, в чем можно убедиться на примере |
||||||
простейшего |
его |
варианта– однофазного |
однополупериодного |
(рис. 4.1). Его единственным схемным отличием от такой же схемы управляемого выпрямителя является противоположная полярность источника E0 , в результате чего при протекании в цепи тока ia ЭДС E0 выступает не в роли противоЭДС (потребителя энергии), как это было в управляемом выпрямителе, а в роли источника энергии, так как направление тока ia и E0 совпадают.
|
ia |
- |
U |
e2 |
E0 |
1 |
X d |
+ |
|
e2 |
a |
|
|
|
|
|
p |
E0 |
2p |
|
О1 |
О2 |
|
q |
ia |
|
|
|
|
|
l |
|
|
q |
Рис. 4.1. Однофазный однополупериодный зависимый инвертор
А для того, чтобы поток энергии был направлен в питающую сеть, необходимо, чтобы этот же токia протекал по вторичной обмотке
трансформатора, |
преодолевая |
противоЭДС e2 . Этот |
режим и |
|||||
представлен на рис. 4.1, б. |
|
|
|
|
|
|||
Пусть |
в точке q = a система управления |
включает |
тиристор .Т |
|||||
Тогда на участке aKO1 ток ia |
будет протекать под действием разности |
|||||||
ЭДС E0 и |
e2 , |
и |
поток |
энергии |
будет |
направлен |
из |
источника |
постоянного |
тока E0 |
в питающую |
сеть. При |
этом часть |
энергии |
115
запасается |
|
в |
|
|
|
магнитном |
|
поле |
|
|
индуктивного |
сопротивленияX . |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d |
|
|
В точке O1 ЭДС e2 |
|
станет равной E0 , но вентиль Т будет по-прежнему |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
открыт под действием ЭДС eX = -X d |
|
dia |
|
до тех пор, |
пока не иссякнет |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
dq |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
запасенная в X d энергия. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
Далее |
|
|
на |
|
|
всех |
|
|
|
положительных |
полупериодах |
|
процессы |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
повторяются. На отрицательных полупериодах тиристор Т должен быть |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
обязательно |
закрыт, |
так |
|
как |
|
в |
течение |
|
этого |
интервалаe |
и |
|
E |
0 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
включены согласно и включение тиристора Т приведет к аварийному |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
режиму, называемому «опрокидыванием инвертора», когда в цепи двух |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
источников e2 |
|
и |
E0 |
будет |
протекать |
токia , ограниченный |
только |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
индуктивным сопротивлением X |
d |
: i |
= |
e2 + E0 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
X d |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
4.1.2. Двухполупериодный зависимый инвертор со средней точкой |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
В схеме (рис. 4.2) |
|
предположим, |
что, начиная |
|
с q = 0 , |
ток |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
проводит |
тиристор T2 . |
При |
достаточно |
|
большой |
величинеX d |
|
|
|
ток |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
на интервале |
проводимости |
будет |
непрерывным(рис. 4.2, в) и |
будет |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
протекать |
от |
источника E0 , |
преодолевая |
противоЭДС e2b |
вторичной |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
обмотки |
трансформатора, при |
|
|
|
этом |
поток энергии |
направлен |
из |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
источника |
E0 |
в питающую |
сеть. |
Если тиристор T1 |
будет |
открыт до |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
точки p, то на интервале pK2p |
|
|
возникает, |
как было отмечено выше, |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
аварийный |
режим, |
и |
инвертор «опрокидывается». Во |
избежание |
этого |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
тиристор T2 |
надо |
|
обязательно |
|
закрыть |
до |
точкиp. |
Поэтому в |
|
точке |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
( p - b) система управления открывает тиристор T1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
|
|
|
|
|
e2a |
|
|
|
b |
e2b |
|
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
T1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
2p |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
e2a X d |
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
U1 |
E0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
E |
q |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ia |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
T2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
e2b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ia2 |
|
|
|
|
|
|
|
ia1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 4.2. Двухполупериодный зависимый инвертор со средней точкой
116
В этот момент времени в цепи тиристораT имеет место
1
согласное включение e2a и E0 , поэтому на интервале (p - b)Kp ток ia1 будет протекать под действием суммы e2a + E0 , а в точке p полярность
e |
изменится на |
противоположную |
и i ток будет |
протекать, |
|
2 |
|
противоЭДС e2a , т. е. поток |
a1 |
|
|
преодолевая |
энергии будет снова -на |
||||
правлен из E0 в питающую сеть. Одновременно с открытием тиристора |
|||||
T1 |
выключается тиристор T2 (при условии X a = 0 ), т. к. к нему будет |
||||
приложена |
суммарная |
ЭДСe2a + e2b в |
запирающем |
направлении |
в течение интервала b . Поскольку тиристор закрывается не мгновенно, а в течение времени tвыкл , определяемого из его паспортных данных, то длительность интервала b должна быть не менееwtвыкл : b ³ wtвыкл . Угол b называется углом опережения. Точку (p - b) можно обозначить
так же, как угол a (рис. 4.2, б), известный как угол управления. |
|
|
||||||||||||
Отсюда зависимость между этими двумя |
|
угламиa + b = p . |
||||||||||||
Мгновенное |
значение |
противоЭДСedb , |
создаваемой |
вторичной |
||||||||||
обмоткой |
трансформатора |
|
протеканию |
|
токаi |
источника E |
0 |
, |
||||||
представлена на рис. 4.2, в. |
|
|
|
|
|
d |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Среднее значение этой функции: |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
1 |
|
2π-β |
|
|
2 |
|
E |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Edβ = |
|
|
ò |
2E2sinθdθ = - |
|
2 |
cosβ . |
(4.1) |
|||||
|
p |
|
π |
|||||||||||
|
|
|
|
π-β |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.1.3.Особенности коммутационных процессов
взависимых инверторах
Рассмотрим коммутационные процессы в зависимых инверторах на примере предыдущей схемы (рис. 4.2), но при условии X d = ¥ .
Рассмотрим коммутационный процесс (рис. 4.3), начинающийся
в точке (p - b). |
Тиристор T1, открываясь в точке (p - b), подключает |
к тиристору T2 |
запирающее напряжение e2a - e2b . Тиристор T2 будет |
находиться после этого в открытом состоянии еще в течение интервала
g , |
пока не |
иссякнет запасенная Xвa электромагнитная |
энергия. |
||
В |
результате |
образуется |
коммутационный |
контур, для |
которого |
справедливо уравнение: |
|
|
|
e |
- X |
a |
di2k |
- |
Х а di2k |
+ e |
2b |
= 0. |
(4.2) |
|
|
||||||||
2a |
|
dq |
|
dq |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
117
X a
e2a X d
U1
e2b
X a
T1 |
i2 |
+ |
E0 |
T2 |
e2 |
e2a |
b |
e2b |
b |
|
|
|
|
p |
2p |
|
|
|
|
|
E0 |
q |
id |
ia2 |
|
ia1 |
Id |
|
|
g |
|
|||
i2k |
|
|
|
q |
|
|
|
|
|
||
Id |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q |
UT2 |
|
|
d |
|
|
|
|
|
|
|
q |
Рис. 4.3. Коммутационные процессы в двухполупериодной схеме зависимого инвертора
Решая |
уравнение (4.2) |
относительно тока i2k |
с |
учетом |
нулевых |
|||||||||||||||
начальных условий, получим: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
E2 |
(cos(p - b) - cos q). |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
i2k = |
|
2 |
|
|
(4.3) |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
X a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Эта |
|
функция, |
которая |
|
имеет |
|
смысл |
только |
на |
интервале |
||||||||||
(p - b)K(p -b + g), изображена на рис. 4.3, г. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
На |
указанном интервале |
ток i2k |
представляет собой ток ia1 вен- |
|||||||||||||||||
тиля T1, |
вступающего в работу. Когда этот ток достигнет величины |
|||||||||||||||||||
Id – тока источника |
питания E0 , |
процесс коммутации заканчивается. |
||||||||||||||||||
Поэтому |
i2k |
q = p - b + g = Id . |
Отсюда |
|
находим |
длительность |
угла |
|||||||||||||
коммутации g: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
æ |
Id |
X a |
|
ö |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ç |
+ cos b |
÷ |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
g = b - arccosç |
|
2E2 |
÷. |
|
|
(4.4) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
è |
|
|
ø |
|
|
|
|
|||
Ток |
|
вентиля, выходящего |
из |
работы |
на |
участке |
коммутации |
|||||||||||||
ia2 = Id - ia1 = Id - i2k . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Далее |
|
процессы |
повторяются |
во |
всех |
других |
интервалах |
коммутации. В течение интервала g вторичная обмотка трансформатора замкнута накоротко, поэтому мгновенное значение противоЭДС
118
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
|
= |
e2a + e2b |
= 0 . |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dβ |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
И |
2p-b |
поэтому |
среднее |
|
|
|
значение |
противоЭДС |
инвертор |
|||||||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Edβ = |
|
ò |
|
2 |
E2 sin qdq будет отличаться от (4.1) на величину |
|
|
|||||||||||||||||||||
p |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
p-β+g |
|
|
|
|
|
|
1 p-b+g |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
X |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
DU x |
|
= |
|
|
ò |
|
2 |
E2 sin qdq = |
|
d a |
. |
|
(4.5) |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
p |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p-b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Но поскольку на величину, определяемую DU x , уменьшилась |
||||||||||||||||||||||||||||
площадь, |
расположенная |
|
выше |
|
оси |
абсцисс |
на. 4.3,рисб, |
а |
||||||||||||||||||||
отрицательная площадь осталась без изменения, то |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
Edb = Edb0 - DU x = - |
2 |
|
|
E2 |
cos b - |
Id X a |
. |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
(4.6) |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
p |
|
|
|
|||
Последнее |
выражение |
|
|
|
представляет |
собой |
|
зависимость |
||||||||||||||||||||
Edβ = f (Id ) |
и называется входной характеристикой инвертора. |
Ёе вид |
представлен на рис. 4.4 для различных значений b .
Id кр1 Id кр2 Id кр3 Id кр4
Id
b4 > b3
b3 > b2
b2 > b1
b1
Edb
Рис. 4.4. Семейство входных характеристик зависимого инвертора и ограничительная характеристика
Поскольку вентильный преобразователь может быть переведен из режима выпрямления в режим инвертированияизменением угла
управления ( a < p – выпрямительный режим, a > p – инверторный), то
|
2 |
2 |
|
внешние |
характеристики |
управляемого выпрямителяEda = f (Id ) |
и |
входные |
характеристики |
инвертора Edb = f (Id ) удобно совмещать |
на |
одной диаграмме (рис. 4.5).
119
|
Eda |
|
|
|
|
a1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a2 > a1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Id кр2 |
Id кр3 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Id кр1 |
|
|
|
Id |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b2 > b1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
E |
|
|
|
|
|
b1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
db |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Рис. 4.5. Диаграмма, поясняющая переход вентильного преобразователя |
|||||||||||||||
|
из выпрямительного режима в инверторный |
|
|
|
|||||||||||
Как |
видно |
|
|
из |
рис. 4.3, б, из-за |
коммутационных |
процессов |
||||||||
запирающее |
напряжение |
выходящемук |
|
из |
работы |
вентилю |
|||||||||
прикладывается только в точке(p - d), и поэтому вентиль |
должен |
||||||||||||||
успеть закрыться |
в течение интервалаd, т. |
к. |
в противном |
случае |
|||||||||||
в точке p полярность e2 |
изменится на противоположную и произойдет |
||||||||||||||
«опрокидывание» |
инвертора. Угол |
d = b - g |
называется |
углом |
запаса |
||||||||||
и его минимальное значение определяется временем выключения тири- |
|||||||||||||||
стора: δmin = ωtвыкл . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Отсюда следует, |
что |
рост |
угла |
коммутации |
ограничивается |
||||||||||
некоторым |
критическим |
значениемγmin = β - δmin , |
т. |
е. |
каждому |
||||||||||
значению угла b на рис. 4.4 и 4.5 соответствует |
критическое значение |
||||||||||||||
тока Id кр , |
при |
котором γ = γкр . |
Превышение |
этих |
значений |
токов |
приводит к «опрокидыванию» инвертора, так как δ < δmin .
Соединяя все точки Edβ , оответствующие критическим значениям токов Id кр , получаем ограничительную характеристику зависимого ин-
вертора, разделяющую рабочую область выходных характеристик от нерабочей.
Учитывая, что d = b - g , из (4.4) получаем: |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
E2 |
(cos dmin - cosb), |
|
|
||||
Id кр = |
|
2 |
|
(4.7) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
а затем из (4.6) |
X a |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
E2 |
|
|
|
|
|||
|
|
2 |
|
cos dmin + cos b |
|
|
|||||
Edb кр = - |
|
|
|
, |
(4.8) |
||||||
|
2 |
||||||||||
|
|
|
|
|
p |
|
|
120