инверторе тока

Работа схемы. На рис. 5.7 приведена принципиальная электрическая схема такого инвертора. Тиристоры отпираются попарно (VS 1 и VS 4, VS 2 и VS 3) с относительным фазовым сдвигом, равным 180⁰. Во входной цепи включен дроссель L_d, индуктивность которого достаточно велика (в пределе L_d = ¥), благодаря чему входной ток i_d идеально сглажен, а токи через тиристоры (i_{VS 1, 4}; i_{VS 2, 3}) имеют прямоугольную форму (рис. 5.8). При отпирании тиристоров VS 1 и VS 4 ток i_d, равный в течение полупериода выходного напряжения току i _вых, разветвляется по двум ветвям: ток i _н протекает через резистор R _н, а ток i _с - через конденсатор С, заряжая его с полярностью, указанной на рисунке без скобок. Через полупериод выходного напряжения отпираются тиристоры VS 2 и VS 3 и конденсатор С оказывается закороченным всеми тиристорами. При этом ток разряда конденсатора, протекая навстречу рабочему току тиристоров VS 1 и VS 4, уменьшает его до нуля практически мгновенно, так как сопротивление в контуре разряда конденсатора через тиристоры мало, индуктивности рассеяния обмоток трансформатора (если последний имеется) находятся вне этого контура. Быстрое нарастание тока в тиристорах, которые отпираются, может вывести их из строя вследствие превышения допустимой величины производной тока di _а/ dt. Поэтому в анодные цепи тиристоров на практике вводят дроссели, ограничивающие допустимую для конкретного типа тиристоров величину di _а/ dt.

После спадания анодного тока тиристоров VS 1, VS 4 до нуля к ним прикладывается обратное напряжение, определяемое напряжением на коммутирующем конденсаторе С При запирании тиристоров VS 1, VS 4 конденсатор С перезаряжается от источника питания через тиристоры VS 2, VS 3, приобретая противоположную полярность (на рисунке указана в скобках). Отметим, что при отпирании очередной пары тиристоров происходит также разряд конденсатора на R _н. При отпирании тиристоров VS 1, VS 4 процесс повторяется.

Рисунок 5.7 - Схема однофазного мостового параллельного

инвертора тока на тиристорах

В любой момент времени суммарный ток на выходе инвертора при принятом допущении (L_d = ¥) равен i _вых = i _н + i _с= I_d = const, но его направление изменяется через каждый полупериод на противоположное (рис. 5.8).

Рисунок 5.8 - Временные диаграммы тиристорного инвертора тока

В течение времени t _выкл напряжение на конденсаторе (u _с= u _н) совпадает по направлению с прежним, ток нагрузки i _н сохраняет свое прежнее направление за счет разряда конденсатора на нагрузку, а ток коммутирующего конденсатора i _с с момента коммутации изменяет направление на противоположное.

Таким образом, ток конденсатора i _с после коммутации имеет максимальное значение и уменьшается по мере его перезаряда, а ток нагрузки i _н постепенно спадает до нуля и, реверсируясь, совпадает по направлению с током i _с.

Дроссель L_d выполняет функцию фильтра высших гармонических составляющих напряжения, т.к. к нему в любой момент времени прикладывается разность между неизменным напряжением источника питания и пульсирующим напряжением на входе инвертора (называемым противо-ЭДС инвертора).

Выходное напряжение инвертора повторяет по форме напряжение на конденсаторе и представляет собой в каждый полупериод сумму двух составляющих: постоянной, равной напряжению источника питания, и переменной, возникающей за счет реактивной мощности конденсатора.

Поскольку за полупериод выходного напряжения реактивная мощность равна нулю, заштрихованные площадки S 1 и S 2 (рис.5.8), характеризующие интегральные значения переменной составляющей, равны между собой. Среднее значение выходного напряжения за полупериод равно напряжению источника питания U_d.

Напряжение на тиристорах VS 1, VS 4 (U _{VS1, 4} на рис. 5.8) после коммутации изменяется от отрицательного значения к положительному. В течение времени t _выкл на тиристорах VS 1 и VS 4 поддерживается отрицательное напряжение и они восстанавливают запирающие свойства.

Если время выключения больше времени восстановления (t _выкл > t _восст), то с восстановлением положительного анодного напряжения тиристоры VS 1 и VS 4 останутся запертыми вплоть до прихода следующего отпирающего импульса. Если же этого времени окажется недостаточно, то указанные тиристоры снова откроются и произойдет срыв инвертирования.

Из временных диаграмм тока i _вых и напряжений U _н и U_VS, показанных на рис. 5.8 видно, что выходной ток инвертора i _вых опережает напряжение U _н на время t _выкл. Из этого следует, что данный инвертор работоспособен лишь при условии, что его выходной ток опережает напряжение на угол b = wt _выкл, где w - угловая частота инвертора, задаваемая схемой управления. При индуктивном характере нагрузки инвертора выполнение этого условия требует компенсации реактивной мощности нагрузки соответствующим увеличением емкости коммутирующего конденсатора.

Текст лекции составил

доцент

Н. Руденко