Тема 7. Зависимые инверторы

Зависимые инверторы связывают между собой две энергетические системы: систему постоянного тока и систему переменного тока и предназначены для перекачивания энергии из системы постоянного тока в систему переменного тока. В схемном отношении они представляют собой те же самые устройства, что и управляемые выпрямители с той лишь разницей, что управление ими осуществляется со сдвигом по фазе на 180 градусов. Поэтому, ЭДС на выходе такого преобразователя будет иметь среднее значение со знаком, противоположным среднему значению ЭДС на выходе управляемого выпрямителя, и, следовательно, по отношению к источнику постоянного тока, представляющего зависимые генератор, будет представлять собой противоЭДС. Поэтому постоянный ток, потребляемый от этого источника, преодолевая противоЭДС зависимого инвертора, будет создавать мощность, из системы постоянного тока в систему переменного тока. При этом система переменного тока определяет и частоту и напряжение на выходе зависимого инвертора, отчего он и получил своё название — «зависимый или ведомый» инвертор. Очевидно, что его работа без сети переменного тока оказывается невозможна.

В теории зависимых инверторов чаще пользуются не углом управления , как принято в теории управляемых выпрямителей, а углом опережения , связанным с углом управления соотношением:

(7-1)

Из теории зависимых переменных инверторов известно, что угол опережения не может быть меньше минимального значения , определяемого углом восстановления управляющих свойств силовых вентилей инвертора:

(7-2)

где - время восстановления управляемых свойств силовых вентилей (указывается в паспортных данных любого управляемого вентиля).

У словие:

(7-3)

является обязательным для нормальной работы зависимого инвертора, в противном случае возникает так называемое опрокидывание инвертора - недопустимый режим, когда ЭДС источника постоянного тока и ЭДС на выходе инвертора будут иметь не встречное, согласное включение.

Как видно на примере двухполупериодного зависимого инвертора со средней точкой (рис. 7-1) при (режим непрерывного тока) среднее значение ЭДС на выходе инвертора:

(7-4)

где - действующее значение ЭДС на вторичной обмотке трансформатора;

- угол опережения.

В установившемся режиме работы инвертора эта величина уравновешивает напряжение источника постоянного тока:

(7-5)

где - ЭДС источника постоянного тока,

- постоянная составляющая потребляемого зависимым инвертором тока;

- внутреннее сопротивление источника постоянного тока.

На рис. 7-1 представлена форма напряжения на силовом тиристоре . Интервал , который в данном случае равен , характерен тем, что направление на тиристоре в течение этого интервала приложено к нему в запирающей полярности, дающей возможность тиристору восстановить его управляющие свойства, то есть надёжно запереться. В течение интервала к тиристору приложено напряжение в прямом, отпирающем направлении, однако, будучи запёртым на интервале , тиристор должен выдержать это прямое напряжение, не переходя в противоположное состояние, так как в противном случае произойдёт срыв режима инвертирования из-за «опрокидывания» инвертора. Именно это обстоятельство и обуславливает требование (7-30 для нормальной работы зависимого инвертора.

П ри учёте индуктивных сопротивлений рассеяния силового трансформатора коммутация тока с одного тиристора на другой будет происходить не мгновенно, а в течение коммутационного интервала (рис. 7-2), в течение которого оба тиристора открыты и проводят ток. В результате на восстановление управляющих свойств выходящего из работы тиристора остаётся только интервал , который определяется как:

(7-6)

Очевидно, что для обеспечения нормальной работы инвертора условие (7-3) изменится с учётом коммутационных процессов:

(7-7)

Поскольку угол коммутации определяется величиной индуктивного сопротивления рассеяния силового трансформатора и током, потребляемым от источника постоянного тока , то с увеличением тока возрастает угол коммутации , что, при неизменном значении угла приводит к уменьшению угла и, следовательно, к уменьшению площади заштрихованного на рис. 7-2 участка, расположенного выше оси абсцисс. В результате с увеличением тока будет возрастать модуль среднего значения ЭДС на выходе инвертора по сравнению с (7-4).

Как следует из теории зависимых инверторов, это увеличение определяется выражением:

(7-8)

где — пульсность схемы зависимого инвертора.

Поэтому входные характеристики зависимого инвертора будут иметь вид (рис. 7-3).

(7-9)

Однако, увеличение угла коммутации с ростом тока приводит, как следует из рис. 7-2, к уменьшению угла , необходимого тиристором для восстановления их управляющих свойств (7-6). Поэтому при неизменном угле опережения диапазон изменения угла коммутации ограничен некоторым критичным значением , при котором угол достигает минимального допустимого значения угла . Этому критическому значению угла соответствует критическое значение тока , превышение которого недопустимо, так как ведёт к «опрокидыванию» инвертора. Поэтому каждому значению угла на семействе входных характеристик будет соответствовать своё значение , причём, чем больше , тем шире диапазон возможных значений угла коммутации и тем больше значение критического тока (рис. 7-4).

С оединяя точки 1,2,3.., соответствующие различным значениям критического тока , получаем ограничительную характеристику зависимого инвертора, разделяющую всю область входных характеристик на рабочую и не рабочую зоны (рис. 7-4).

Критическое значение токов зависимого инвертора определяется из выражения:

(7-10)

Критическое значение , соответствующие токам , определяется из выражения:

(7-11)

где — коэффициент схемы зависимого инвертора.

Энергетические показатели зависимых инверторов определяются точно так же, как и у управляемых выпрямителей с учётом, что ;