Для параллельной работы с генератором переменного тока илн работы выпрямителем тока генератора инвертор должен быть снабжен вспомогательным оборудованием. Необходим фильтр, который приближает форму кривой переменного напряжения к синусоидальной. Для обеспечения стабильной работы фильтр должен содержать некоторую последовательную индуктивность. Основная составляющая инвертированного напряжения без фильтра соответствует э. д. с. синхронной машины при холостом ходе, а последовательная индуктивность фильтра-синхронному реактивному сопротивлению машины. При отсутствии устройств регулирования напряжения источника постоянного тока и переменного напряжения инвертор должен иметь, кроме соответствующего трансформатора, средства регулирования напряжения, подобные описанным в гл. 8. Они эквивалентны регулятору возбуждения синхронной машины.

Далее инвертор должен иметь средства синхронизации с генератором. Задающий генератор частоты инвертора должен быть жестко связан с частотой генератора переменного тока, но при этом должна быть возможность небольшого регулирования фазы для регулирования нагрузки. Можно сделать частоту зависящей от нагрузки инвертора подобно тому, как делают зависимой скорость вращения двигателя генератора от его нагрузки. Когда инвертор работает параллельно с генератором, регулятор частоты становится регулятором фазы или нагрузки, а регулирование напряжения определяет реактивную мощность. Возможны также и другие способы синхронизации.

Инвертор, работающий в таком режиме, является статическим аналогом вращающегося синхронного преобразователя или двигателя-генератора. Он может преобразовывать постоянный ток в неременный и наоборот при любом коэффициенте мощности на стороне переменного тока. Если с помощью регуляторов поддерживать неизменной величину неременного тока, но изменять его угол сдвига фазы ф относительно напряжения, то получается режим, показанный на рис. 5-17. Диаграммы показывают, как изменяются активная (/гт/тСозф) и реактивная (/г/тДп sin ф) мощности при постоянной полной мощности. Заметим, что величина постоянного тока источника пропорциональна активной мощности. Таким образом, инверторы с импульсной коммутацией и 120

обратными диодами преобразуют энергию во всем ма пязоне изменения фазы переменного тока, т. е. 360 . При "toTL требуется изменения в коммутационных устрой-ствах и элементах схемы.

ИнВершрныа темный ремам темный режим ремам

Рис. 5-17. Кривые мощности инвертора с импульсной коммутацией, работающего параллельно с сетью переменного

тока.

Ul - иапряженне на выходе инвертора перед фильтром: и„ -напряжение сети переменного тока - напряжение иивертора после фильтра (сдвиг фазы, вызванный фильтром, незначителен); - первая гармоника -юка инвертора.

Диаграмму мощность - фаза рис. 5-17 можно сравнить с диаграммой рис. 4-3 для инверторов с коммутацией высокой частотой. На рис. 5-17 угол сдвига фаз ф переменного тока это то же, что угол управления а тиристоров. В схемах этой главы угол управления тиристоров относительно напряжения в цепи переменного тока очень мал и соответствует нагрузочному углу синхронной ма-

Шины. Кроме того, на рис. 4-3 величина постоянного тока, так же как величина переменного тока, остается неизменной, а постоянное напряжение пропорционально активной мощности и реверсируется с изменением направления передаваемой энергии.

Инверторы с импульсной коммутацией на основе инверторного и выпрямительного блоков

Все типы инверторов, обладающих собственными среде гвамн коммутации (т. е. автономные, а не ведомые сетью инверторы) также могут работать параллельно с сетью переменного тока. Для этой цели можно использовать параллельные и последовательные инверторы, но при этом энергию можно только передавать в сеть. Если же требуется реверсирование направления энергии, то необходимо поставить дополнительно отдельный выпрямитель. Комбинируя и пересоединяя элементы инвертора и выпрямителя, можно добиться уменьшения размеров и улучшения показателей всей установки в целом. Если такая установка действует независимо от сети, то ее характеристики в инверторном режиме также будут лучше, особенно в смысле устойчивости работы в широком диапазоне нагрузки и коэффициента мощности. Пример схемы такой установки показан на рис. 5-18. Мощность параллельного инвертора здесь поддерживается примерно постоянной и оптимальной по величине с помощью соответствующего фазового управления выпрямителем. Избыточная мощность, не потребляемая нагрузкой, возвращается обратно в источник через выпрямитель. В этой схеме при малой нагрузке между ин-верторной и выпрямительной частями схемы будетцир-кулировать значительная энергия. 122

Рис. 5-18. Параллельный иниертор с управляемым обрат1гым выпрямителем.

Схема, где обратные тиристоры введены непосредственно в схему импульсно-коммутируемого инвертора, может рассматриваться так же, как пример схемы реверсивного преобразователя выпрямитель - инвертор. В этой схеме нет циркуляции значительной мощности прн малых нагрузках. Другими словами, приближение друг к другу тиристоров инвертора и обратного выпрямителя способствует повышению эффективности инвертора, образуя схему с импульсной коммутацией.

Упрощение анализа

Обратные диоды не только значительно улучшают характеристики, но также позволяют упростить анализ инверторов с импульсной коммутацией. Они обеспечивают приблизительно прямоугольную форму переменного напряжения на нагрузке, амплитуда которого пропорциональна постоянному напряжению источника и не зависит от величины и характера нагрузки.

По известным гармоническим составляющим напряжения с прямоугольной формой кривой и заданному сопротивлению нагрузки легко рассчитать гармонические составляющие тока нагрузки. А1етод гармонических составляющих применяется обычно для расчета фильтров, ограничиваюших высшие гармоники до приемлемой величины, как это рассматривается в гл. 7. Величины коммутирующей емкости и индуктивности инвертора уже не имеют такого существенного влияния на величину напряжения на нагрузке, как это имеет место в параллельных и последовательных инверторах. Наоборот, для анализа работы схемы коммутации не требуется точно знать характер сопротивления нагрузки. Требуется знать лишь величину тока нагрузки в течение короткого интервала, пока происходит коммутация. В качестве критического (ограничивающего) фактора в расчете участвует максимум тока нагрузки, при котором должна обеспечиваться коммутация.

Таким образом, анализ коммутирующей цепи и анализ цепи нагрузки могут производиться отдельно. Именно так и рассматриваются схемы инверторов в настоящей главе. Сделанные допущения практически оправданы для случая, когда период переменного напряжения значительно больше времени восстановления тиристоров, но вносят погрешности при увеличении рабочей частоты.

Кзк ясно из гл. 2 ,« 3, расчет характеристик последовательного и параллельного инверторов требует знания сопротивления нагрузки. Расчеты приходится повторять, если нагрузка меняется. Расчет для широкого диапазона комплексных нагрузок без применения вычислительных машин становится нецелесообразным, а выбор оптимальных величин коммутирующих элементов затруднительным. Для инверторов с импульсной коммутацией могут быть сделаны расчеты характеристик в более общем виде. В частности, могут быть получены в явном виде простые соотношения для оптимальных величин коммутирующих емкости и индуктивности.

5-4. ИНВЕРТОР С СОПРЯЖЕННО-ИМПУЛЬСНОЙ КОММУТАЦИЕЙ, ПОЛУЧЕННЫЙ ИЗ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ИНВЕРТОРА

Для выяснения общих положений и анализа процессов рассмотрим схему, представленную на рис. 5-19. Это один из вариантов схемы рис. 5-16, действующий по тому

Рис. 5-19. Инвертор с сопряженно-импульсной коммутацией (инвертор Мгк-Мурри - Бедфорда), полумостовая схема.

же принципу. Без обратных диодов схема превращается в соответствующий вариант параллельного инвертора. Источник постоянного тока должен иметь средний вывод или нейтральную точку, образованную двумя боль-щимн конденсаторами, которые могут быть электролитическими. Сама по себе эта схема может оказаться по-124

лезной при небольшой потребляемой мощности и относительно высоком напряжении источника. Но более важно, то что она является составной частью мостовых схем.

Подключение обратных вентилей к отпайкам первичной обмотки трансформатора, как это сделано в схемах рис. 5-16 и 5-19, целесообразнее, чем подключение к концам обмотки, так как это обеспечивает возврат энергии, запасенной в индуктивности L, иначе она окажется «запертой». Ниже это поясняется подробнее. Такое соединение приводит к некоторому изменению напряжения на нагрузке в зависимости от коэффициента мощности нагрузки, но в значительно меньшей мере, чем в параллельном инверторе.

В целях упрощения анализа сделаем следующие допущения:

1. (Период .выходного напряжения значительно больше времени восстановления тиристоров.

2. В цепи нагрузки имеется последовательная индуктивность, достаточная, чтобы величина тока в течение интервала коммутации существенно не изменялась. Это допущение относится к любому характеру нагрузки: активному, индуктивному, емкостному. Последовательная индуктивность может представлять собой соответствующую индуктивность нагрузки, индуктивность фильтра или индуктивность рассеяния инверторного трансформатора. Эта индуктивность должна быть значительно больше коммутирующей индуктивности L, ,но так как последняя мала, это допущение обычно соответствует реальности.

3. Автотрансформатор Тр идеальный. Это дает возможность фиксировать вывод для подключения обратных вентилей в точке Z. Секция обмотки ZZ трансформатора составляет п-ю долю всей обмотки 0Z и сильно связана с остальной частью.

4. Обе половины коммутирующей индуктивности магнитно сильно связаны.

5. Время восстановления тиристоров, а также обратный ток во время выключения нептчнтельны.

6. Потерн в элементах инвергора пренебрежимо малы.

7. Выходное сопротивление источника питания равно нулю. Это достигается на практике включением больших электролитических конденсаторов. Они необходимы, если питание осуществляется от выпрямителя.