2.2. Основні співвідношення між параметрами веденого мережею інвертора

Для їх виявлення слід детальніше розглянути процес комутації в схемі, який пов’язаний, наприклад, з переходом струму і_d з тиристора VS2 на тиристор VS1. Струм короткозамкнутого контура i_к (див. рис.10 б), від якого залежить характер зміни анодних струмів тиристора та тривалість комутаційної ділянки визначається, як і в керованому випрямлячі (див. рис. 12 в), виразом (8). Як уже згадувалось вище для інвертувального режиму прийнято оперувати кутом випередження b. Тому, якщо у вираз (8) підставити a=p-b , знайдемо

і_к = . (13)

Струм і_к на ділянці комутації визначає струм першого тиристора i_а1, а різниця І_d – i_к – струм другого тиристора i_а2 . У керованому випрямлячі форма кривої струму і_к визначається вимушеною складовою на її від’ємній ділянці (рис. 6 б), а у веденому мережею інверторі - на додатній ділянці цієї складової струму і_к (рис. 12 в ). Вказане зумовлює деяку відмінність у формах струмів тиристорів на етапах комутації режиму випрямлення та інвертування. Комутація струмів завершується в момент  =g, коли і_а1=і_к=І_d . Із виразу (13) для  =g отримаємо

І_d = . (14)

Отриманий вираз відображає зв’язок між інвертованим струмом І_d , вторинною напругою U₂ , а також кутами b і g . За умов незмінного кута b і вторинної напруги U₂ збільшення інвертованого струму призводить до зменшення різниці d=b-g за рахунок зростання кута комутації g , тобто до зменшення часу дії від’ємної частини зворотної напруги тиристора, який виходить з роботи. Таким чином, критерієм вибору кута b за умов максимально допустимого інвертованого струму І_dмакс є забезпечення необхідного кута d_мін , який необхідний для відновлення вентильних властивостей тиристорів з метою уникнення зриву інвертувального режиму. Для струму І_dмакс останній вираз набуде вигляду

І_dмакс = , (15)

звідки знаходимо

=arcos(cosd_мін - ). (16)

Інвертована напруга U_d має від’ємну полярність порівняно з режимом випрямлення і за умов нехтування активними опорами в колі джерела живлення (генераторі та дроселі L_d) ЕРС генератора Е_d буде повністю зрівноважуватись цією напругою, тобто U_d = Е_d. Якщо прийняти g=0, то модуль U_d буде визначатись із виразу

U_d =ê ê. (17)

Звідси

U_d = (18)

або ж

U_d = U_dо×cosb . (19)

Порівнюючи вирази (4) і (19), приходимо до висновку, що з врахуванням заміни кута a на кут b=p-a напруга U_d (за умов g=0!) інвертувального режиму визначається тим же виразом, що й напруга U_d у режимі випрямлення.

В графічному відображені регулювальні характеристики режимів випрямлення та інвертування наведені узагальненою характеристикою перетворювача на рис. 13, за якою в діапазоні зміни кута a від 0 до p/2 перетворювач працює в режимі керованого випрямляча, а в діапазоні зміни кута a від p/2 до p-b_мін (що відповідає зміні кута b від b_мін до p/2 ) – в режимі веденого мережею інвертора.

Рис. 13. Суміщена регулювальна характеристика режиму інвертування та випрямлення

Якщо кут комутації g 0, то середнє значення інвертованої напруги буде визначатись згідно виразу

U_d = U_dо×cosb+ , (20)

що випливає із графічної побудови рис.12 а , тобто комутаційний спад напруги тут проявляється у збільшенні абсолютної величини U_d . Усереднене за півперіод значення комутаційного спаду напруги знаходимо за кривими рис.12 а на ділянці зміни  від p-b до p-(b-g)

= , (21)

звідки отримаємо

= U_dо . (22)

Підстановка виразу (22) в (20) дає

U_d = U_dо . (23)

Останнє співвідношення визначає проти-ЕРС інвертора, яка направлена зустрічно і дорівнює напрузі джерела Е_d . Рівність U_d = Е_d у всіх режимах роботи інвертора обумовлюється тим, що кут комутації g є функцією вхідного струму інвертора І_d . Зокрема, збільшення Е_d веде до зростання струму І_d (зростання потужності, яка пересилається джерелом в мережу), що збільшує кут g і підвищує напругу U_d до значення Е_d. Границя зростання Е_d в інвертувальному режимі обмежується зменшенням різниці b-g до мінімально допустимого значення d_мін , тобто

Е_{d макс} = U_{d макс} = U_dо× . (24)

Залежність напруги Е_d , яка живить інвертор, від струму І_d називають вхідною характеристикою інвертора. Якщо у вираз (20) замість підставити його значення з (22) та позбавитись різниці косинусів за допомогою (14), то отримаємо рівняння вхідної характеристики інвертора

Е_d = U_d = U_dо ×cosb+ . (25)

Рівняння вхідної характеристики інвертора відрізняється від рівняння зовнішньої характеристики керованого випрямляча параметром b під знаком косинуса і знаком „+” перед комутаційним спадом напруги . Комутаційний спад напруги призводить до збільшення напруг Е_d і U_d . У випрямлячах залежність між U_d і І_d протилежна. У графічному відображенні (рис. 14) вхідні характеристики інвертора представляють сімейство паралельних прямих (за умови L_d "¥) з фіксованим значенням b та обмеженою довжиною, що відтворює обмеженість режиму інвертування. Відомо, що підвищення струму І_d супроводжується збільшенням кута комутації g .З цієї причини пересування робочої точки вправо по кожній із характеристик викликає зменшення кута d, який надається тиристорам для відновлення їх вентильних властивостей. Якщо струм досягає деякого значення І_{d макс} , кут d стає рівним мінімально допустимому d_мін . Подальший ріст струму І_d веде до зриву інвертування, оскільки тиристори, які виходять з роботи вже не відновлять своїх вентильних властивостей. Очевидно, що зі зменшенням кута b границя підвищення струму І_d наступає при його меншому значенні. Граничні значення І_{d макс} (для кожної з вказаних характеристик) знаходять як точки перетину вхідних характеристик з так званою обмежувальною характеристикою інвертора, яка показана на рис. 14 пунктирною лінією. Для запису рівняння обмежувальної характеристики визначимо cosb зі співвідношення (15)

cosb=cosd_мін - (26)

і підставимо отримане значення в (24) . Після спрощень отримаємо

Е_{d макс} = U_{d макс} = U_dо× cos d_мін - . (27)

Рис. 14. Зовнішні характеристики інвертора

Графічно обмежувальна характеристика зображається прямою, яка має протилежний нахил до вхідних характеристик інвертора (на рис.14)

Для порівняння наведена також пряма за умов d_мін =0.

Наведені в методичних настановах співвідношення використовують для розрахунку схеми інвертора. Як правило, задають значення величин Е_{d макс} і І_d макс . За часом t_{в ном} вибраних тиристорів визначають кут d_мін і cosd_мін . Для заданого кута b з виразу (24) знаходять U_dо , яке дозволяє визначити ефективне (діюче) значення U₂ тощо. Наведений алгоритм розрахунку пропонується застосовувати студентами також під час виконання курсової роботи з дисципліни „Силові перетворювальні установки”.