5.1. Методические указания

5.1.1. Основные параметры однофазного инвертора тока

E_d, – е.д.с. источника постоянного напряжения, питающего инвертор, В.

R_H – сопротивление нагрузки, Ом (емкость C_K к нагрузке не относится).

L_d – индуктивность цепи постоянного тока, Гн.

C_K – коммутирующая емкость, Ф.

f_H – частота формируемого в нагрузке напряжения, Гц.

U_Н.ЭФ – действующее (эффективное) значение напряжения на нагрузке, В.

I_Н.ЭФ – действующее (эффективное) значение тока в нагрузке, А.

P_H – активная мощность, выделяемая в сопротивлении нагрузки, Вт.

I_d – среднее значение тока в цепи постоянного тока, А.

P_d – активная мощность источника постоянного тока, Вт.

– коэффициент нелинейных искажений напряжения на нагрузке.

5.1.2. Базовая схема однофазного параллельного инвертора

тока со средней точкой

Принципиальная схема однофазного параллельного инвертора тока с выводом средней точки трансформатора приведена на рис.5.1, а. Плюс питающего напряжения E_d приложен к средней точке трансформатора. Сопротивление нагрузки инвертора R_H и коммутирующий конденсатор С_К подключены к вторичной обмотке трансформатора w₃ (возможно подключение конденсатора параллельно первичным обмоткам трансформатора).

Наличие трансформатора со средней точкой позволяет уменьшить число тиристоров до двух и упрощает схему управления тиристорами. Индуктивность L_d обеспечивает сглаживание входного тока инвертора, то есть делает его инвертором тока. Схема управления тиристорами (на рис.5.1, а не показана) формирует для каждого тиристора управляющие импульсы длительностью, равной половине периода формируемого инвертором напряжения.

Для упрощения дальнейшего анализа схемы будем считать, что:

а) се обмотки трансформатора одинаковы и ;

б) ток в индуктивности L_d практически не меняется и равен I_d.

Рис.5.1. Автономный параллельный инвертор со средней точкой:

а) - принципиальная схема;

б) - схема замещения для первого интервала.

Так как схема симметрична, ограничимся анализом ее работы от момента включения тиристора VS1 до момента включения тиристора VS2.

В исходном состоянии открыт тиристор VS2, емкость С_К заряжена до напряжения питания с полярностью, показанной без скобок. При включении тиристора VS1 к катоду тиристора VS2 прикладывается (через трансформатор) отрицательное напряжение конденсатора С_К, которое его закрывает. После запирания тиристора VS2 и отпирания тиристора VS1 схема замещения инвертора соответствует рис.5.1, б. Напряжение на нагрузке и конденсаторе С_К, при условии, что положительное напряжение на емкости С_К указано в скобках, а положительный ток в индуктивности совпадает с током открытого тиристора VS1, описывается уравнением

, где (5.1)

U_CO – начальное напряжение на емкости (предстоит еще найти),

– установившееся (при ) напряжение на емкости,

Т_К = R_HC_К – постоянная времени цепи коммутации. На конец интервала при t = T/2 ,где T - период формируемого напряжения, ввиду симметрии процесса выполняется условие U_Cк(T/2) = –U_CO. Для упрощения формы записи уравнений введем обозначение

d = exp(-T /2T_K) (5.2)

Разрешив уравнение (5.1) относительно напряжения U_C0, получим

. (5.3)

Время, предоставляемое для запирания тиристора, это время, в течение которого на тиристоре и, соответственно, конденсаторе С_К присутствует отрицательное напряжение. Из уравнения (5.1) с учетом уравнения (5.2) легко найти время t₃, предоставляемое для запирания тиристора, определив, когда напряжение на коммутирующем конденсаторе станет равным нулю

,

с учетом уравнения (5.2) , отсюда

. (5.4)

Средний ток в цепи постоянного тока и индуктивности L_d практически не зависит от величины индуктивности, но зависит от сопротивления нагрузки и величины коммутирующей емкости и равен

. (5.5)

Напряжение на нагрузке сильно зависит от величины сопротивления нагрузки и возрастает с его увеличением. Схема оказывается неработоспособной на холостом ходу. Срыв работы наступает и при существенном уменьшении сопротивления нагрузки, так как при этом уменьшается время, предоставляемое для запирания тиристоров, и тиристоры не успевают закрыться. Указанные недостатки ограничивают область применения рассмотренной схемы.

Диаграммы напряжений и токов элементов схемы инвертора при абсолютно сглаженном токе I_d (бесконечном значении индуктивности L_d) приведены на рис. 5.2, а при конечном значении индуктивности L_d на рис. 5.3. Видно, что при уменьшении величины индуктивности L_d, переходные процессы после включения очередного тиристора носят колебательный характер, а полученные ранее аналитические зависимости (5.1),…,(5.5) перестают соответствовать реальным процессам в инверторе.

Рис.5.2. Диаграммы токов и напряжений инвертора

при абсолютно сглаженном токе I_d;

Рис.5.3. Диаграммы токов и напряжений инвертора

при конечном значении индуктивности L_d

Схема рис. 5.1, а считается базовой схемой однофазного параллельного инвертора тока со средней точкой, а реальное применение нашли ее модификации, обладающие улучшенными характеристиками.