вход Вход Регистрация



4.1 Принцип действия и основные соотношения для однофазного полумостового последовательного инвертора

 

Коммутирующий конденсатор в автономных инверторах может включаться не только параллельно сопротивлению нагрузки, но и последовательно с ним. Схемы автономных инверторов, в которых коммутирующий конденсатор включен последовательно с нагрузкой, называются последовательными инверторами. Вообще говоря, последовательный инвертор может быть собран по любой из известных схем выпрямления, но наибольшее распространение на практике получили однофазные мостовой и полумостовой варианты [3,17]. На рис. 4.1 изображена однофазная полумостовая схема последовательного инвертора.

При включении тиристора VS2 коммутирующая емкость С заряжается с полярностью, обозначенной на рисунке. Обычно в последовательном инверторе процесс заряда емкости носит колебательный характер, и емкость С заряжается до напряжения, не меньшего . При включении тиристора VS1 напряжение коммутирующего конденсатора, суммирующееся с напряжением нижней половины источника питания, прикладывается к нижней половине реактора и вызывает соответствующую ЭДС в верхней половине реактора, которая обеспечивает появление обратного напряжения на выходящем из работы тиристоре. Амплитуда обратного напряжения на вышедшем из работы тиристоре, при достаточно сильной связи между полуобмотками реактора, равна (как будет показано ниже) примерно двойному напряжению на емкости С в момент коммутации. Для анализа электромагнитных процессов в схеме можно использовать допущение о линейности цепи на интервале проводимости одного тиристора [3]. Такой интервал, соответствующий интервалу между моментами переключения силовых полупроводниковых приборов, называется межкоммутационным интервалом. На рис. 4.2 показана эквивалентная схема для межкоммутационного интервала, полученная при допущениях об отсутствии потерь в элементах схемы. В соответствии со вторым законом Кирхгофа для этой схемы


можно записать:

(4.1)

Дифференцируя правую и левую часть (4.1), получим:

(4.2)

Характеристическое уравнение будет иметь вид:

.

Соответственно, корни характеристического уравнения равны:

(4.3)

В зависимости от соотношения параметров схемы, корни характеристического уравнения могут быть вещественными или комплексно-сопряженными. В соответствии с этим характер процессов в схеме может быть апериодическим или колебательным. Обычно в последовательном инверторе используется колебательный режим, хотя в двухтактных схемах инверторов коммутация возможна и в апериодическом режиме. При работе в колебательном режиме частота собственных колебаний в схеме может быть больше или меньше частоты управляющих импульсов . В первом случае, при w0>, ток в тиристоре спадает до нуля раньше, чем включается следующий тиристор. Кривые токов и напряжений в схеме для этого случая показаны на рис. 4.3. Поскольку ток нагрузки в этом случае носит прерывистый характер, такой режим называют режимом прерывистого тока [3]. Соответственно, при w0<, как показано на рис. 4.4, коммутация происходит при конечном значении тока в схеме. Такой режим работы схемы принято называть режимом непрерывного тока. В этом режиме ток, протекающий, допустим, в верхней полуобмотке реактора, при включении тиристора VS1 весьма быстро переходит (трансформируется) в нижнюю полуобмотку. Скорость этого «скачка» тока определяется коэффициентом связи между полуобмотками реактора, т.е. фактически индуктивностью рассеяния автотрансформатора, образованного полуобмотками коммутирующего реактора. Эта скорость при хорошей связи может быть весьма высокой. Однако, как видно из кривых, приведенных на рис. 4.4, величина скачка тока значительно меньше амплитуды тока нагрузки (а при w0 = он снижается до нуля), что является достоинством схемы, так как условия работы тиристоров облегчаются.

Используя уравнения (4.1) и (4.2), можно, рассчитав процессы в схеме методом припасовывания граничных условий, построить зависимости токов и напряжений в инверторе от параметров нагрузки. Такие вычисления выполнены в [3], причем в качестве обобщенных параметров нагрузки используется коэффициент нагрузки, определяемый соотношением:

(4.4)

где T – период выходного напряжения, определяемый частотой управляющих импульсов.

Результаты расчетов показаны на рис. 4.5.

Анализ приведенных кривых показывает, что наиболее приемлемым режимом работы инвертора является резонансный режим при w0 » . Действительно, увеличение отношения ведет к увеличению времени запирания тиристора, но при этом ухудшается форма выходного напряжения и затрудняется получение значительной мощности, поскольку становится трудно обеспечить колебательный характер процессов в схеме (вследствие того, что уменьшается L).

При работе в режиме непрерывного тока, когда >1 резко сокращается диапазон допустимых значений К, с одной стороны, из-за уменьшения времени запирания, а с другой стороны, по причине резкого возрастания обратного напряжения на тиристорах и напряжения на коммутирующем конденсаторе.

Обращает на себя внимание своеобразная "зеркальность" свойств последовательного инвертора по сравнению с параллельным: при уменьшении сопротивления нагрузки (и росте тока нагрузки) время запирания, напряжения на тиристорах и конденсаторе увеличиваются. В пределе, при коротком замыкании в нагрузке, последовательный инвертор полностью идентичен параллельному инвертору в режиме холостого хода.

Таким образом, сопоставляя свойства параллельного и последовательного инверторов, можно отметить, что основными


достоинствами последовательного инвертора являются жесткость внешней характеристики и более благоприятные условия работы тиристоров, а основным недостатком – значительно более узкий диапазон нагрузок. На практике, применение рассматриваемой схемы удобно лишь в тех случаях, когда параметры нагрузки мало меняются в процессе работы преобразователя.

 

© 2018
  • Сайт "Литературка"
  • мы собираем различную техническую, образовательную, научную литратуру