2.Специальная часть.

Общая часть.

Рис. 8.14. Временные диаграммы работы рабочих вентилей трёхфазного инвертора, собранного по схеме Ларионова, при λ=120°

Рис8.14. Временные диаграммы работы рабочих вентилей трёхфазного инвертора, собранного по схеме Ларионова, при λ=120°.

При длительности открытого состояния тиристоров λ = 120° в трехфазном мостовом инверторе одновременно открыты лишь два тиристора (рисунок 8.14).

Однако, как и для случая λ = 180°, здесь также возможны 6 независимых сочетаний открытых и закрытых состояний тиристоров. Каждому сочетанию соответствует своя эквивалентная схема (рисунок 8.15).

Рис.8.15. Эквивалентные схемы трёхфазного инвертора, собранного по схеме Ларионова, при работе на активную нагрузку и λ=120°; А-соединение нагрузки звездой; Б- соединение нагрузки треугольником; В, Г -нагрузка активно-индуктивная, соединённая звездой.

Из эквивалентных схем видно, что при активной нагрузке, соединенной звездой (рисунок 8.15, а), одна фаза отключена, а две другие соединены последовательно, т. е. фазное напряжение имеет прямоугольную форму со скважностью, т. е. такую же, как при нагрузке, соединенной треугольником, и λ = 180°. Амплитуда фазного напряжения равна Ud/2. При соединении активной нагрузки треугольником (рисунок 8.15, б) к каждой фазе прикладывается напряжение, равное и , так как к одной фазе подключаются две другие, соединенные последовательно. Фазное напряжение имеет двухступенчатую форму, как для случая λ = 180° и соединения нагрузки звездой.

В случае активно-индуктивной нагрузки форма фазного напряжения изменяется при соединении нагрузки как треугольником, так и звездой. Рассмотрим это явление на примере соединения нагрузки звездой (рисунок 8.15, в, г). За начало отсчета примем момент выключения вентиля и включения вентиля . При активно-индуктивной нагрузке ток , поддерживаемый э.д.с. самоиндукции, продолжает протекать в том же направлении, что и до выключения вентиля , замыкаясь через обратный диод , и подключает фазу С параллельно фазе В (рисунок 8.15,в). Если энергия, запасенная в индуктивности фазы нагрузки, рассеивается менее чем за время T/6, то после спада ее тока до нуля две другие фазы будут соединены последовательно (рисунок 8.15,г), при этом изменение параметров нагрузки приведет к изменению и формы напряжения.

Рис.8.16. Временные диаграммы токов и напряжений трёхфазного инвертора, собранного по схеме Ларионова, λ=120° и соединении нагрузки звездой.

Случай, когда энергия, запасенная в индуктивности фазы нагрузки, рассеивается за время, меньшее чем T/6 ( рисунок 8.16). Из рисунка 8.16 видно, что при изменяется форма кривой, а следовательно, и гармонический состав выходного напряжения, что является недостатком инверторов с λ = 120°.

Рис.8.17. Трёхфазный инвертор, состоящий из трёх однофазных инверторов.

Кроме инверторов, выполненных по схеме Ларионова, в преобразовательной технике находит широкое применение трехфазный инвертор, состоящий из трех однофазных инверторов (рисунок 8.17). Управление рабочими вентилями однофазных инверторов осуще­ствляется со сдвигом по фазе в 120°. Активная и полная мощности инвертора, а также среднее значение тока источника питания в три раза больше, чем для однофазного инвертора.

Рис.8.18. Однофазный параллельный инвертор тока с нулевым выводом.

На рисунок 8.18 представлена принципиальная схема однофазного параллельного инвертора с нулевым выводом. На управляющие электроды тиристоров и от системы управления СУ поступают импульсы управления соответствующей амплитуды и частоты с относительным сдвигом фаз в 180°. В цепь источника питания введен дроссель , от величины индуктивности которого зависит устойчивая работа инвертора в заданном диапазоне частот, а также форма выходного напряжения и пульсации входного тока. При включении, например, тиристора в его анодной цепи начинает протекать ток, определяемый током заряда конденсатора и током в одной из полуобмоток трансформатора . Вследствие явления взаимоиндукции при прохождении тока в одной из полуобмоток выходного трансформатора в другой полуобмотке возникает равная по величине, но противоположная по знаку э. д. с. Конденсатор к концу полупериода оказывается заряженным до напряжения, приблизительно равного . При включении тиристора напряжение конденсатора , прикладывается положительным потенциалом к катоду тиристора . Разрядный ток конденсатора по контуру двух открытых тиристоров носит ударный характер, так как сопротивление контура очень мало, в результате чего тиристор выключается. Конденсатор через тиристор оказывается подключенным к источнику питания с обратной полярностью и начинает перезаряжаться через первичные полуобмотки трансформатора и приведенное сопротивление нагрузки, приобретая противоположную полярность. В результате через вторичную обмотку трансформатора проходит переменный ток. При включении тиристора весь процесс повторяется. Однако, если за время изменения потенциала конденсатора от максимального значения примерно до нуля тиристор успеет восстановить управляющие свойства, то с восстановлением положительного анодного напряжения тиристор останется запертым вплоть до прихода следующего импульса управления. Если же этого времени окажется недостаточно, то тиристор опять включится. Коммутирующий конденсатор может быть включен параллельно как первичной, так н вторичной обмотке трансформатора.

Рис.8.19. Упрощённая эквивалентная схема (А) и векторная диаграмма (Б) однофазного параллельного инвертора тока.

Для анализа инвертора(рис8.18.) воспользуемся его эквивалентной схемой(рис.8.19,А), которая получена в предположении, что трансформатор является идеальным, , активное сопротивление дросселя и прямое падение напряжения на тиристорах равны нулю, на­грузка состоит из чисто активного сопротивления и индуктивность дросселя велика, т. е. →∞.

Для схемы рисунок 8.19,а можно записать следующие равенства (если пренебречь начальными условиями):

Выражение для мгновенного значения напряжения на нагрузке:

Из этой формулы видно, что напряжение на нагрузке изменяется по экспоненциальному закону(рис.8.20). С уменьшением нагрузки кривая тока приближается к прямоугольной форме, а напряжение на конденсаторе и нагрузке согласно

- к треугольной (рис. 8.21).

При увеличении нагрузки напряжение на нагрузке и конденсаторе падает, так как при этом уменьшается зарядный ток конденсатора и увеличивается его разрядный ток на нагрузку. В результате коммутационная способность конденсатора снижается вследствие уменьшения запасаемой в конденсаторе энергии.

Рис.8.20. Временные диаграммы токов и напряжений для схемы однофазного параллельного инвертора тока при активной нагрузке.

Из рисунок 8.20 видно, что момент коммутации, т. е. момент прохождения инвертируемого тока через нуль, опережает напряжение на нагрузке на время , необходимое тиристорам для восстановления управляющей способности. В течение этого времени к тиристору, ранее проводившему ток, прикладывается отрицательное напряжение. Это время называется временем опережения.

Из формулы видно, что время опережения увеличивается с увеличением величины активного сопротивления и емкости конденсатора.

Рассматривая параллельное соединение коммутирующего конденсатора и сопротивления как нагрузку инвертора, нетрудно увидеть, что инвертор может работать лишь на емкостную нагрузку. При работе инвертора на активно-индуктивную внешнюю нагрузку последняя должна быть скомпенсирована емкостью конденсатора, включаемого параллельно нагрузке или коммутирующего так, чтобы общая реакция цепи была емкостной. Коммутирующий конденсатор при этом выбирают из условия компенсации реактивной мощности нагрузки и обеспечения устойчивой коммутации тока.

Рис.8.21. Формы напряжений параллельного инвертора тока при малой(А), средней(Б) и большой(в) нагрузках.

Рис.8.22. Входные(А) и выходные(Б) характеристики однофазного параллельного инвертора тока.

Уравнения внешней (выходной) и входной характеристик параллельного инвертора. По этим выражениям построены семейства входных (рисунок 8.22, а) и внешних (рисунок 8.22, б) характеристик параллельного инвертора тока при различных значениях коэффициента мощности нагрузки. Характерной особенностью внешних характеристик является крутой спад в области малых значений В, что объясняется избытком мощности, генерируемой конденсатором при малых токах нагрузки. Минимальные значения на входных характеристиках объясняются тем, что при В=1 проводимости индуктивной и емкостной ветвей равны, т.е. схема находится в режиме, близком к резонансу.

Рис8.23. Однофазный инвертор тока с отсекающими диодами.

На 8.23 представлена однофазная схема инвертора тока с отсекающими диодами ( и )

При работе инвертора, когда зарядный ток конденсатора в течение полупериода переходит через нуль, отсекающие диоды отделяют конденсатор от нагрузки. При этом заряд конденсатора прекращается раньше, чем заканчивается полупериод, и напряжение на конденсаторе остается постоянным. При низких частотах конденсатор отключается отсекающими диодами на большую часть полупериода, что позволяет уменьшить величину емкости коммутирующего конденсатора по сравнению со схемой без отсекающих диодов. Кроме того, применение отсекающих диодов препятствует разряду конденсатора на соседние фазы в многофазных инверторах.