2. Инверторы

Практические занятия этого модуля проводятся по разделам курса:

«Зависимый инвертор», «Инверторы тока» и «Инверторы напряжения»

Содержание этих разделах изложено в [1] (Зависимый инвертор) и в [2], а также в конспектах лекций.

2.1. Основные параметры, характеризующие работу зависимых инверторов

Зависимый инвертор преобразует электрическую энергию постоянного тока в электрическую энергию переменного тока. Любой управляемый выпрямитель может быть переведен в режим инвертирования. Так, если выход управляемого выпрямителя подключен к якорю электрической машины постоянного тока, работающей в двигательном режиме, то для перевода выпрямителя в режим инвертирования необходимо изменить величину и полярность ЭДС машины E_d и напряжения преобразо­вателя U_d так, чтобы E_d > U_d, а ток цепи постоянного тока сохранил бы свое неизменное на­правление. Электрическая машина должна быть переведена в генераторный режим. Для этого необходимо к валу этой машины подвести механическую энергию от внешнего источника механической энергии (постороннего двигателя). Полупроводниковый преобразователь переходит в режим приемника электрической энергии. Электрическая энергия переменного тока, вырабатываемая зависимым инвертором, передается в сеть переменного тока, в которой кроме потребителей электрической энергии содержатся и генераторы. Поэтому величина и частота напряжения переменного тока зависимого инвертора определяется параметрами сети переменного тока, к которой подключен выход зависимого инвертора.

Действующее значение тока цепи переменного тока зависимого инвертора можно рассчитать, воспользовавшись коэффициентом (I₂/I_d), приведенным в

таблице 1 для заданной схемы преобразователя:

I₂=(I₂/I_d)I_{d N}. (65)

Выражение внешней характеристики зависимого инвертора

U_d=U_d0cosβ + ΔU_x +ΔU_Rф + ΔU_Lф+ΔU_в.пр (66)

Здесь ∆U_х, ∆U_Rф, ∆U_Lф, ∆U_в.пр - падения напряжения на элементах схемы (см. формулы (11), (12), (13)).

Угол β – это угол сопряженный с углом α:

β=180^о – α или α=180^о- β. (67)

После подстановки значений ∆U_х , ∆U_Rф , ∆U_Lф, ∆U_в.пр в формулу (66), получим:

, (68)

где U_d=E_d – напряжение источника постоянного тока;

U_d0=k_схU_ф2N – напряжение цепи постоянного тока при работе в выпрямительном режиме с углом регулирования α=0.

I_d – ток, потребляемый инвертором от источника постоянного тока:

(69)

Обозначим

где R_сх- эквивалентное сопротивление схемы.

Тогда внешняя характеристика зависимого инвертора принимает вид

U_d=E_d=U_d0cosβ+I_dR_сх+k_тΔU_в.пр. (70)

Нетрудно видеть, что для увеличения тока I_d, а значит и для увеличения инвертируемой мощности, необходимо:

– увеличивать напряжение источника постоянного тока (U_d=E_d) (при постоянном угле β) или уменьшать угол β (при постоянном напряжении источника постоянного тока).

Внешние характеристика U_d=f(I_d) для выпрямительного (0<α<90^o) и инверторного (90^о<α<180^o) режимов приведена на рис.8.

Важным параметром, определяющим устойчивость работы зависимого инвертора, является угол δ_з. На интервале, определяемым углом δ_з, к выключаемому тиристору приложению отрицательное напряжение.

Для устойчивой работы инвертора необходимо, чтобы угол δ_з превышал угол, необходимый для восстановления запирающих свойств тиристора, который при частоте 50 Гц находится в пределах

где t_q– время, необходимое для восстановления управляющих свойств тиристора.

Т_с=1/f_c. При f_c=50 Гц Т_с=0,02с.

Угол δ_з зависит от угла β и угла коммутации γ:

δ_з= β- γ,

где (71)

При режиме инвертирования 90^о<α<180^o cosα= -cos β и выражение (71) приобретает вид:

(72)

Зависимость противо ЭДС инвертора U_d от допустимого инвертируемого тока I_d при δ_з=const называют ограничительной характеристикой, выражение которой

(73) Ограничительная характеристика приведена на рис. 8.

Коэффициент мощности зависимого инвертора рассчитывается по такой же формуле, что и для управляемого выпрямителя

С учетом того, что α=π-β для зависимого инвертора

(74)

При непрерывном характере тока цепи постоянного тока зависимого инвертора коэффициент искажения можно принять постоянным и равным 0,955. С учетом этого коэффициент мощности зависимого инвертора можно рассчитать по формуле:

(75)

Рис.8. Внешние характеристики выпрямителя и зависимого инвертора

Коэффициент полезного действия зависимого инвертора

(76)

где

P_d=U_dI_d – мощность, потребляемая инвертором от источника электрической энергии постоянного тока;

P₂=m₂U₂I₂χ – активная мощность, отдаваемая инвертором в сеть переменного тока;

ΣP_п – сумма потерь мощности инвертора.

ΣP_п=I_d²R_сх+k_тΔU_в.пр I_d. (77)

P_d=m₁U₁I₁χ+ ΣP_п