Обычно нагрузка преобразователя имеет активно-индуктивный характер, причём в некоторых случаях, например, в устройствах индукционного нагрева, с довольно низким коэффициентом мощности. Тем не менее, соотношения, полученные выше, можно использовать для расчёта системы, полагая, что реактивная составляющая тока нагрузки компенсирована соответствующей, дополнительной емкостью [3]. Как правило, исходными данными для расчёта преобразователь является следующие величины:
- действующее значение напряжения на нагрузке;
- действующее значение тока нагрузки;
- коэффициент мощности нагрузки;
- частота выходного напряжения;
- среднее значение напряжения источника питания.
Для согласования выходного напряжения инвертора с требуемым напряжением на нагрузке на выходе преобразователя включен трансформатор, как показано на рис. 5.7. При наличии выходного трансформатора параметры нагрузки можно привести к первичной обмотке трансформатора (при этом при необходимости можно учесть и реактивные сопротивления самого трансформатора).
Пусть коэффициент трансформации определяется как:
(5.21)
где и - действующие значения напряжений на первичной и вторичной обмотках трансформатора, соответственно.
Тогда приведенные к первичной обмотке параметры нагрузки равны и .
Расчётная эквивалентная схема показана на рис.е 5.8.
Таким образом, результирующая емкость, которая должна быть установлена в инверторе равна сумме компенсирующей емкости С2 и коммутирующей емкости С1, рассчитанной по приведенным выше соотношениям. Если в схеме используются защитные реакторы Ls , то их индуктивность должна быть учтена при расчёте индуктивности коммутирующего реактора, так как расчётная индуктивность колебательного контура равна сумме индуктивностей всех реакторов в контуре тока.
Порядок расчёта параметров однофазной мостовой схемы может быть следующий:
1). Определяется активная составляющая тока нагрузки:
2). Вычисляется эквивалентное активное сопротивление нагрузки (для параллельной схемы замещения):
3). Определяется реактивная составляющая тока нагрузки:
4). Вычисляется эквивалентное реактивное сопротивление нагрузки:
5). Определяется действующее значение напряжения на первичной обмотке трансформатора:
6). Вычисляется коэффициент трансформации выходного трансформатора:
7). Рассчитывается активное сопротивление нагрузки, приведенное к первичной обмотке трансформатора:
8). Рассчитывается реактивное сопротивление нагрузки, приведенное к первичной обмотке трансформатора:
9). Определяется емкость компенсирующего конденсатора:
10). Находится волновое сопротивление коммутирующего контура:
11). Вычисляется собственная частота коммутирующего контура:
12). Определяется индуктивность коммутирующего контура:
13). Определяется емкость коммутирующего конденсатора:
14). Вычисляется полная емкость коммутирующего контура:
15). Определяется амплитуда анодного тока тиристора:
16). Определяется среднее значение анодного тока тиристоров:
Среднее значение анодного тока обратных диодов максимально в режиме холостого хода и равно среднему значению анодного тока тиристоров.
17). Амплитуда напряжения между анодом и катодом тиристора зависит от соотношения между и , но в любом случае не может быть больше амплитуды выходного напряжения .
18). Время, предоставляемое для восстановления управляемости тиристоров, определяется по графику, показанному на рисунке 5.6, и для нашего случая равно:
19). Действующее значение тока коммутирующего реактора равно:
20). Среднее значение входного тока инвертора удобно определить из энергетических соображений:
где - кпд инвертора, который приблизительно можно определить по формуле:
где - прямое падение напряжения в тиристоре.
21). Величина емкости входного фильтра определяется допустимой амплитудой пульсаций на входном фильтре (но не менее 10 Ск ):
Приведенные соотношения позволяют произвести выбор комплектующих изделий, после которого можно уточнить рабочие режимы схемы с помощью компьютерного моделирования.