17. Трехфазный аит и его работа.
Инверторами тока называются автономные инверторы, которые связаны с источником питания через сглаживающий дроссель, так что вентили инвертора переключают ток, то есть инвертор формирует форму кривой тока нагрузки. Форма напряжения – функция формы тока.
Схема трехфазного автономного инвертора тока:
АИТ требует емкости на выходе. АИТ (идеальный) не может работать на индуктивную нагрузку, т. к. может питать индуктивную нагрузку реактивной мощностью (он ее не производит и сам в ней нуждается). В этом можно провести аналогию между АИТ и синхронным генератором.
Рассмотрим работу АИТ с отсекающими диодами.
Открыты VS1 и VS2.
При включении VS3 конденсатор C3 прикладывает обратное напряжение на VS1, следовательно VS1 закроется, а диод VD1 остается открытым из-за индуктивностей фаз. Время заряда конденсатора от Ud до 0 должно превышать время запирания тиристора. Диод VD3 включается тогда, когда на конденсаторе C3 изменится напряжение.
Наиболее распространенным методом регулирования выходного тока (напряжения) АИТ заключается в изменении постоянного напряжения Ud. Для этого используется управляемый тиристорный выпрямитель.
Мощность нагрузки АИТ положительна, если ток течет через тиристоры, и отрицательна, если через диоды.
Достоинства АИТ:
Использование обычных тиристоров с искусственной коммутацией, что снижает стоимость прибора.
Возможность обратного преобразования энергии без изменения направления входного тока Id.
Сравнительно хорошая форма кривой выходного напряжения.
Легкость рекуперации энергии в сеть (достаточно нереверсивного тиристорного преобразователя).
Безаварийность режима короткого замыкания по выходу.
Недостатки АИТ:
Сильная зависимость напряжения на нагрузке от нагрузки (падающая внешняя характеристика).
Зависимость величины и формы кривой выходного напряжения от частоты, что ограничивает рабочий диапазон частот АИТ.
При создании инверторов тока с переменной выходной частотой возникают трудности при работе на низких частотах, т.к. с понижением частоты необходимо увеличивать емкость коммутирующих конденсаторов.
Коммутационные перенапряжения на тиристорах АИТ (при наличии индуктивности в нагрузке).
18. Автономные инверторы резонансного типа, их силовые схемы, основные свойства.
Для формирования переменного напряжения повышенной частоты (от 0,5 до 10 кГц) используются резонансные инверторы. Наиболее распространенной областью их использования является электротермия, где они применяются для питания установок индукционного нагрева. Резонансные инверторы обычно работают на однофазную нагрузку. Схема мостового однофазного резонансного инвертора представлена ниже.
В цепь нагрузки RнLн последовательно включен конденсатор C, поэтому такой инвертор называется последовательным. Цепь RнLнC представляет собой последовательный колебательный контур с высокой добротностью и резонансной частотой:
Запирание однооперационных тиристоров в таком инверторе происходит при спаде тока к нулю в колебательном контуре.
В момент t1 (временные диаграммы) подают управляющие импульсы на V1 и V4, направление тока в колебательном контуре iн показано на рисунке. Конденсатор C заряжен до значения Um, полярность которого показана на схеме. В момент t2 ток iн контура, который изменялся по синусоидальному закону, спадает до нуля, при этом V1 и V4 запираются. Затем направление тока iн изменяется на противоположное, этот ток начинает протекать по контуру –E – V40 – RнLнC – V10 – +E, напряжение на конденсаторе уменьшается. На интервале t2 – t3 к V1 и V4 приложено небольшое обратное напряжение, равное падению напряжения на проводящих ток диодах. Длительность интервала t2 – t3 выбирается не менее времени включения тиристоров. Затем, в момент t3 подают управляющие импульсы на V2 и V3 и ток переходит с диодов на эти тиристоры. На интервале t3 – t4 ток iн протекает по контуру +E – V3 – RнLнC – V2 – –E, напряжение на конденсаторе изменяет свой знак и достигает максимума в момент t4, когда ток iн уменьшается до нуля. На интервале t4 – t5 (длительностью не меньше tв) ток iн протекает через V20 и V30, далее процесс повторяется.
Наибольшая мощность выделяется в нагрузке при частоте управления инвертора f, максимально близкой к резонансной частоте контура f0, однако всегда должно выполняться неравенство f0 > f, так как если длительность интервалов t2 – t3 и t4 – t5 будет меньше минимальной, схемное время, предоставляемое для выключения вентилей, будет недостаточным для надежного запирания тиристоров. При уменьшении частоты, с которой подаются управляющие импульсы на тиристоры, мощность, отдаваемая в нагрузку, снижается, при дальнейшем уменьшении частоты f интервалы протекания тока через контур чередуются с бестоковыми паузами (режим прерывистого тока). На временной диаграмме, б. На интервале t1 – t2 работают V1 – V4, направления тока iн указано стрелкой на схеме, мощность из источника питания передается в нагрузку. В момент t2 ток в контуре изменяет свой знак, ток протекает через обратные диоды по контуру –E – V40 – RнLнC – V10 – +E. При этом нагрузка возвращает часть энергии, накопленной в реактивных элементах, в источник питания. Напряжение на конденсаторе uC уменьшается, однако из-за потерь в контуре оно не достигает нулевого значения.
В момент t’2 ток через диоды спадает к нулю. Бестоковая пауза продолжается до тех пор, пока в момент t3 не будут поданы управляющие импульсы на силовые тиристоры V2 и V3. Во время бестоковой паузы напряжение на конденсаторе неизменно. В момент t3 начинается формирование второй половины периода выходной частоты инвертора. При таком режиме прерывистого тока мощность в нагрузке меньше, а кривые тока и напряжения на нагрузке сильнее отличаются от синусоиды, чем в режиме непрерывного тока. Поэтому режим прерывистого тока применяется редко. Для того чтобы приблизить кривую напряжения на нагрузке к синусоидальной, часто параллельно нагрузке включают (последовательно-параллельный инвертор).
Достоинства:
Схема простая, надежная, дешевая.
Недостатки:
Ограниченный диапазон регулирования частоты тока нагрузки.
Проблемы с рекуперацией энергии.