переменного тока незначительные токи пятой и седьмой гармоник.

Эти высокочастотные токи проходят через конденсаторы схемы рис. 4-10 и создают гармоники напряжения, способствующие коммутации.

Рис. 4-11. Двенадцатифазный инвертор с высокочастотной коммутацией.

На рис. 4-11 показана двенадцатифазная схема, которая во многом работает так же, как и схема рис. 4-10. Формы кривых напряжения основной частоты высокочастотного напряжения в схемах рис. 4-10 и 4-11 идентичные.

ГЛАВА ПЯТАЯ

ИНВЕРТОРЫ С ИМПУЛЬСНОЙ КОММУТАЦИЕЙ

Термин «импульсная коммутация» применяется в том случае, когда проводящий тиристор запирается коротким импульсом обратного напряжения. Амплитуда этого импульса должна быть достаточной, чтобы прервать ток в тиристоре, а длительность - чтобы обеспечить восстановление запирающей способности. Обычно этот импульс формируется с помощью колебательного LC-контура, требуемый период колебаний которого прямо пропорционален времени восстановления тиристора. Необходимая величина волнового сопротивления этого контура зависит от величины питающего постоянного напряжения и максимального значения коммутируемого тока нагрузки. Если период переменного напряжения на выходе генератора велик по сравнению с временем восстановления тиристоров, то мощности коммутирующих элементов сравнительно малы. По мере роста рабочей частоты коммутирующий импульс занимает все большую часть полупериода до тех пор, пока процесс коммутации уже становится невозможно относить к импульсному.

Сущность импульсной коммутации наиболее ясно проявляется в тех инверторах, где импульс обратного напряжения генерируется вспомогательными элементами, отделенными от основной цепи. Этот способ назван вспомогательно-импульсной коммутацией, пример его описан в следующем параграфе. В подобных устройствах прекращение подачи отпирающих импульсов не приводит к аварийному режиму, так как вспомогательная коммутирующая цепь способна запереть последний проводящий тиристор.

В схемах второго класса импульс обратного напряжения может быть получен при отпирании тиристора, 7-1503 97

Связанного с запираемым. Имеется пара тиристоров, которые отпираются поочередно, создавая на выходе инвертора положительную и отрицательную полуволны напряжения. Отпирание одного вентиля определяет для другого возникновение запирающего импульса. Инверторы этого типа, описанные в данной .главе, названы инверторами С сопряженно-импульсной коммутацией. Параллельные инверторы, описанные в гл. 2, также можно отнести к сопряженно коммутируемым. Снятие отпирающих импульсов в инверторах этого типа приводит к срыву коммутации. В этом случае источник постоянного тока должен быть отключен для того, чтобы разорвать цепь аварийного тока.

В третьем классе схем импульс для коммутации тиристора образуется в .результате включения его самого, т. е. цепь автоматически выключается через определенное время и выключение не зависит от дальнейшего действия цепи управления. Такая схема с «самоимпульсной коммутацией» описана в гл. 8. К этому классу может быть также отнесен последовательный инвертор.

Принцип импульсной коммутации можно рассматривать как развитие принципа коммутации напряжением высокой частоты, .описанного в гл. 4, когда для получения обратного напряжения, необходимого для запирания вентилей, вводятся напряжения высокой частоты. При импульсной коммутации частота коммутирующего напряжения возрастает до величины, .ограничиваемой временем восстановления вентилей. Однако существует з.на-чительная разница между рабочими характеристиками инверторов, коммутируемых высокой частотой и импульсами (см. § 5-3).

Характеристики и свойства инверторов с импульсной коммутацией значительно улучшаются при применении обратных выпрямителей. Среди этих свойств следует отметить легкое регулирование выходного напряжения и сохранение работоспособности в широком диапазоне изменения величин нагрузки, коэффициента мощности и частоты. В них возможно применение способов регулирования .напряжения, описанных в гл. 6. Таким образом, они обладают гибкостью, необходимой во многих случаях их применения. Способность к реверсированию тока, .как это показано в § 5-3, дает возможность их использования в резервных источниках энергии. Инверторы с им-98

пульсной коммутацией имеют ВЫ.сокий к. п. д. и относптельно малые размеры.

Существует много способов формирования и измене-иия фазы коммутирующих импульсов папряже}1ия. Примеры, приведенные в этой главе, ни в коем случае не исчерпывают всех возможностей, а выбраны лишь для пояснения основных принципов работы схем с импульсной коммутацией.

,5-1. ИНВЕРТОРЫ СО ВСПО/ПОГАТЕЛЬНО-ИМПУЛЬСНОИ КОММУТАЦИЕЙ

На рис. 5-1 показана полумостовая схема инвертора, в которой основные тиристоры Т1 и Т2 отпираются поочередно .и проводят ток в соответствующие полупериоды переменного напряжения на нагрузке. В случае реактивной нагрузки для возвращения энергии в источник

Рис. 5-1. Инвертор со вспомогательно-импульсной коммутацией (инвертор Мс Murray).

питания в течение определенной части каждого полупериода проводят ток обратные диоды Д1 и Д2. Коммутация тока основных тиристоров обеспечивается вспомогательными тиристорами ТМ и в сочетании с емкостью С и индуктивностью L, которые формируют коммутирующий импульс напряжения. Тиристор TIA отпирается для коммутации тока в тиристоре Т1, Т2А-для коммутации в Т2. Эта схема может быть использована в диапазоне частот до 5 кгц, или, другими словами, для периода переменного тока, примерно в 10 раз большего времени восстановления тиристоров.

7* 99

Принцип работы

Допустим первоначально, что ток нагрузки проходит через основной тиристор Т1 от верхней части источника питания постоянного тока. Допустим также, что при этом конденсатор С заряжен в результате ранее происходивших процессов, так что точка у имеет положительный потенциал относительно точки х, как это показано на рис. 5-2.

-г----i--------1 --Г

Рис. 5-2. Рабочая схема для первой части интервала коммутации схемы 5-1.

Затем отпирается вспомогательный тиристор Т1А для коммутации тока в Т1. Работающая ш этот интервал времени часть схемы инвертора показана на рис. 5-2. Амплитуда импульса разрядного тока через Т1А, С yi L превосходит ток нагрузки (который, предположим, протекает в этот момент от г к 0). Вследствие этого ток через Т1 спадает до нуля. После этого избыток тока коммутации г,;, на который он превышает ток нагрузки /„, направляется в обратный диод Д1. Достигнув максимального значения г„, начинает уменьшаться, создавая заряд обратной полярности на конденсаторе С. В течение времени, когда Д1 проводит ток, прямое падение напряжения на нем, являющееся обратным для тиристора Т1, запирает его.

Второй основной тиристор Т2 отпирается, когда ток близок или равен нулю (при отсутствии тока нагрузки), что происходит примерно через г.уьС секунд, т. е. через один полупериод колебаний цепочки LC после отпирания Т1Л. Работающая часть схемы инвертора для этого момента представлена на рис. 5-3. К тиристору Т1 вновь 100

приложено прямое напряжение. Второй, значительно меньший импульс тока 1к, будет протекать от источника питания через Т1А, С, L и Т2, восполняя потери энергии, происшедшие в течение первого импульса, и заряжая конденсатор С до первоначального напряжения, но с обратной полярностью (точка х полож.ительна относительно точки у). После второго импульса к Т1А прикладывается обратное напряжение и он запирается. Конденсатор подготовлен теперь для запирания тока в тиристоре Т2, осуществляемого в конце его проводящего полупериода отпиранием Т2А.

{ X -

эаря!

конец

Рис. 5-3. Рабочая схема для второй части интервала коммутации.

При индуктивной нагрузке цепь тока по схеме рис. 5-3 создается прежде, чем отпирается Т2, а .именно в момент, когда ток коммутации г,; станет меньше тока нагрузки гп и диод Л2 начнет проводить ток. На этот раз энергия, запасенная в коммутирующей индуктивности, зарядит конденсатор до более высокого напряжения. Это повышенное напряжение конденсатора обеспечит получение большей амплитуды коммутирующего тока, способного коммутировать больший ток нагрузки. Таким образом, эта схема имеет то преимущество, что коммутирующий импульс напряжения автоматически изменяется с нагрузкой. Это выгодная особенность, которую трудно получить в других схемах.

Если коммутирующий LC-,KOHTyp имеет высокую добротность Q, то коммутационные потери малы и к. п. д. инвертора высок. А так как коммутирующий импульс становится минимальным при отсутствии нагрузки, то потери холостого хода получаются ничтожными. Напря-