Преобразовательная техника

что является достаточным для построения ограничительной характери-

стики.

4.1.3. Трехфазные схемы зависимых инверторов

Особенности

работы

этих

схем

рассмотрим

на

примере

трехфазного

нулевого

зависимого

инвертора(рис. 4.6),

при

условии

X d = ¥ , X a ¹ 0 .

e2

b

b

b

e2a

e2b

e2c

d

d

d

б

p

2p

q

E

1

2

3

0

e2a

e2b

e2c

X d

g

g

g

id

ia1

ia2

ia3 Id

X a

X a

X a

+

в

q

E0

UT3

T1

T2

T3

eca

ecb

-

i2k

г

q

а

Рис. 4.6. Трехфазный нулевой зависимый инвертор

противоЭДС e

. В точке

θ =

2π

ЭДС e

изменит полярность на про-

2c

3

2c

противоЭДС e2c , действующая в этой цепи, меньше, чем e2c

в цепи

вентиля T3 . Вентиль T1 , открываясь, подключает

потенциал

фазыа

к катоду вентиля T3 , а анод T3 имеет потенциал фазы с. В результате T3

оказывается

под

запирающим

напряжениемe

- e

,

но

закрыться

2c

2a

di

æ

ö

мгновенно он

не

может

из-за ЭДС

самоиндукцииç X a

a3

÷, которая

è

dθ

ø

поддерживает

прежнее направление

тока iа3,

пока

не

израсходуется

энергия,

запасенная

в

магнитном

поле

индуктивного

сопротивления

X a . Поэтому в течение интервала g

будут одновременно открыты оба

вентиля T1 и T3 , что приводит к появлению коммутационного контура

между

фазами а

и

с.

Электромагнитные

процессы

в

этом

контуре

описываются уравнением

e

- X

diak

- X

diak

- e

= 0 .

(4.9)

2a

a dθ

a dθ

2c

e

- e

= -2

E

sin

π

sin θ .

(4.10)

2с

2

2

2а

m

Решая уравнение (4.9) относительно i2k

и учитывая начальные условия,

получаем:

E sin

π

2

i

=

2

3

(cosθ - cosβ).

(4.11)

2k

X a

На участке коммутации этот ток представляет собой ток вентиля

T1, вступающего в работу: i2k = ia1, ток ia3 = Id - ia1 .

Процесс

коммутации

заканчивается, когда

ia1

q = -b + l = Id .

Из этого условия находим g :

æ

Id X a

ö

g = b - arccosç

+ cosβ ÷.

(4.12)

π

ç

2

E2sin

÷

m

è

ø

Далее

процессы

повторяются

во всех

точках переключения

Среднее значение противоЭДС инвертора

Eaβ = Eaβ0 + DU x ,

(4.13)

7

π-β

1

6

Edb0 =

ò

E2 sin θdθ =

2

2π

π

-β

3

(4.14)

2

E2

sin

π

cosβ = -1,17E2 cosβ.

= -

2

2π

m

3

1

-b+γ æ e

+ e

ö

I

d

X

a

U

=

ç

2с

2а

- e

÷dθ

= -

.

(4.15)

2π

x

-òb è

2

2а

ø

2π

Таким образом,

3

3

Id X a

Edβ = -1,17 cos β -

,

(4.16)

2π

3

представляет собой

уравнение

входной

характеристики

инвертора

(рис. 4.7). Так как минимальное значение угла запасаd ограничено

временем выключения тиристора ( δmin = ωtвыкл ), то угол g не должен

превышать критического значения γкр = b - dmin .

Следовательно,

критическое

значение тока I dкр , соответствую-

щее γкр , находится из (4.12):

E2

p

Id кр =

2

sin

(cos dmin

- cos b) ;

(4.17)

X а

3

Udb кр = -1,17E2

æ cos dmin + cos b ö

ç

÷.

(4.18)

2

è

ø

Id

b4 > b3

b3 > b2

b2 > b1

Edb

b1

Рис. 4.7. Ограничительная характеристика

трехфазного нулевого зависимого инвертора

По

полученным

выражениям

строится

ограничительная

характеристика инвертора (рис. 4.7).

Совершенно аналогично протекают коммутационные процессы в

трехфазной мостовой схеме зависимого инвертора,

но в расчетных со-

отношениях 4.12, 4.14,

4.15,

4.16,

4.17, 4.18

следует

учитывать,

что

пульсность мостовой схемы в отличие от нулевой схемыm = 6 , а коэф-

фициент схемы равен 2,34 .

4.1.4. Энергетические показатели зависимых инверторов

Коэффициент

полезного

действия

зависимых

инверторов

определяется

так же, как и

в схемах управляемых

выпрямителей, по

тока

i

компенсирует намагничивающую

силу гармоникиi

и,

1(1)

2(1)

следовательно, находится с ней в противофазе.

Фазовый сдвиг j1 между i1(1) и напряжением сети U1 равен:

j = p -b +

g

,

(4.19)

1

2

и,

следовательно, зависимый

инвертор

является

потребителем

реактивной мощности:

Qи = U1I1(1) sin j1,

(4.20)

χ =

Pи

= n cos j ,

(4.21)

S

1

где Pи = U1I1(1) cos j1 – активная

мощность

инвертора, равная

преобразованной мощности источника постоянного тока Pd = E0Id .

Коэффициент искажения n =

I1(1)

определяется

так же, как и в

I1

Ld

Id

K1

C K2

+

Uпит

Zн

-

K4

K3

uн ,

uн

iн

i

н

Id

b

q1

q2

b

q

активно-индуктивный характер, то

параллельно нагрузкеZн нужно

включать конденсатор С

такой

емкости, чтобы результирующий

характер цепи нагрузки был емкостным.

Источник питания, в

роли

которого выступает источник тока,

зависящий от нагрузки. Пусть в

точкеq = 0 замыкаются ключи

K1 и K3 . По нагрузке потечет ток I d

слева направо, а конденсатор С

мгновенно изменяется на

противоположный по

направлению,

конденсатор С

перезаряжается

до

напряжения

противоположной

+

Uпит

B1

K1

K2

B2

C

Zн

-

B4

K4

K3

B3

uн ,

iн

uн

iн

Uпит

j

q1

q2

j

q

Uпит

Рис. 4.10. Автономный инвертор напряжения

Пусть в точке q = 0

замыкаются ключи K1 и K3

. К нагрузке от

источника питания прикладывается напряжениеUпит

и

начинает

протекать

ток iн , определяемый

нагрузкойZн . В точке

q1

ключи

K1 и K3

размыкаются, а

ключи K 2 и K 4 замыкаются.

К

нагрузке

прикладывается напряжение Uпит

противоположной

полярности, но

в

прежнем

направлении,

преодолевая

противоЭДС

источникаUпит

и постепенно снижаясь до0. И только

в точке (q1 + j)

ток

в

нагрузке

изменяется на противоположный. Далее процессы повторяются. Если

ключи K1 - K4

имеют одностороннюю проводимость, то тогда ток

нагрузки

на

участкеj

замыкается

через

вентилиB - B

4

в положительных полупериодах иB1 - B3

2

–

в отрицательных.

Эти

вентили называются вентилями обратного тока, так как на интервалах

их

проводимости (угол

j)

энергия,

запасенная

в

индуктивности

нагрузки (реактивная энергия), возвращается в источник питания. Для

придания свойств источника напряжения обычным источникам питания

параллельно им включают конденсатор С большой емкости.

В

резонансных

инверторах

нагрузка

входит

в

соста

колебательного

контура,

настраиваемого

на

определенную

частоту,

в результате чего токи и напряжения там близки к синусоидальным.

Иногда для получения колебаний высокой частоты несколько инверто-

ров объединяют в одну схему (многоячейковые инверторы).

Во всех типах автономных инверторов в качестве ключей обычно

используют полностью управляемые вентили(транзисторы, двухопера-

ционные тиристоры). Можно использовать также вентили с частичной

управляемостью

(тиристоры),

если

снабдить

их

дополнительным

устройством – коммутационным узлом, способным выключить тири-

стор в любой момент времени. Существует большое

количество

различных

схем

для коммутации

тиристоров, но

все они

сводятся

2. Подключение

последовательно

с

тиристоромLC-контура

(рис. 4.12). При включении тиристора

Т

начинается

колебательный

заряд конденсатора С. Выключение тиристора происходит при спадании

тока в LC-контуре до нуля.

+

Rн

T

L

R

С

Рис. 4.12. Коммутационный узел на основе последовательно

подключенного LC-контура

3. Подключение

параллельно

тиристору

последовательного

колебательного LC-контура (рис. 4.13).

До

включения тиристора

конденсатор С заряжается от источника

питания, а когда

открывается

Rн

+

С

T

L

4. Подключение

к

тиристору

предварительно

заряженного

конденсатора при помощи

вспомогательного коммутационного тири-

+

T

(-)

+

C

(+)

Tк

Lк

Rн

B

5. Включение

последовательно

с

силовым

тиристором

коммутирующей ЭДС, превышающей напряжение

источника

питания

(рис. 4.15). Для этого в цепь тиристора обычно вводят индуктивностьL,

на которой в нужный момент

времени

создается запирающая ЭДС

(например, за счет трансформаторной связи и генератора запирающих

импульсов ГИ).

T

L

+

Rн