Следует отметить, что допущения 2 и 3 оказываются возможны благодаря допущению 1.

Приведенная ниже теория дает хорошее совпадение с действительными характеристиками инвертора [Л. 5-1].

Работа инвертора на индуктивную нагрузку

На рис. 5-20 показаны кривые потенциалов в точках Р, Q, X, Y, Z -и Z (рис. 5-19) относительно точки О - нейтрали источника, за один полупериод. Напряжение на любом элементе схемы есть разность между двумя соответствующими кривыми. Например, напряжение на тиристоре Т1 равно разности между кривыми Р и X. Обозначения токов на кривых рис. 5-20 показаны на схеме рис. 5-19, причем стрелки означают направление, принятое за положительное. Концы стрелок .напряжений на рис. 5-19 означают условный положительный полюс.

Каждый полупериод разделен на пять интервалов (А, В, С, D я Е), гран1щы которых определяются моментами переключения тиристоров и обратных вентилей из проводящего в непроводящее состояние и наоборот. При этом каждый раз меняется рабочая схема инвертора.

Режим работы схемы можно полностью проанализировать, написав уравнения для каждого интервала и приравняв граничные условия. Однако такой метод был бы очень сложен и результат зависел бы от сопротивления нагрузки, что затруднило бы получение общих выводов. Самым важным для расчета является интервал В на рис. 5-20, в течение которого протекает коммутирующий импульс напряжения. Так как этот интервал мал, то масштаб времени для него принят в 10 раз большим, чем для других интервалов. Форма кривой i„ принята произвольной, а допущение, что ток /н остается постоянным по величине в течение коммутационного интервала, кажется преувеличенным только из-за большего масштаба времени напряжения. Разберем последовательно все интервалы полупериода, пользуясь рис. 5-19 и 5-20.

Интервал А. Тиристор Т1 открыт и через него проходит ток от вывода Р источника постоянного тока к нагрузке. При умеренной скорости изменения тока нагрузки на индуктивности L падает небольшое напряжение, и вывод нагрузки Z имеет потенциал, близкий к линии Р, 126

Рис 5-20. Кривые токов п напряжений в течение одного полу-периода прп индукпшноп нагрузке.

Т. е. потенциалу положительного полюса источника, а емкость С заряжена до напряжения Ed. В конце интервала А ток нагрузки равен /„.

Интервал В. Отпирается тиристор Т2 и потенциал точки Y падает до линии Q, т. е. потенциала отрицательного полюса источника. Так как напряжение на емкости С не может мгновенно изменяться, то к обмотке ZY индуктивности L прикладывается напряжение 2Ej. Такое же

напряжение индуктируется в обмотке XZ, создавая обратное напряжение на тиристоре Т1 и запирая его. Ток /н, первоначально протекавший через Т1 и обмотку XZ, должен перейти в обмотку ZY и Т2, чтобы энергия, запасенная в индуктивности, не изменилась. Таким образом, конденсатор С должен обеспечить ток 2/„, равный сумме мгновенных значений токов в нагрузке и в Т2.

Расчет формы .импульса напряжения при этих начальных условиях дается несколько ниже. Импульс имеет вид части синусоиды с периодом 2jrj/ZZ, причем время

коммутационного интервала получается меньше четверти периода, а время to, предоставляемое для восстановления запирающих свойств тиристора Т1, еще меньше. Оно равно времени, в течение которого потенциал точки X остается выше потенциала вывода Р, образуя обратное напряжение на Т1.

•В момент времени, когда потенциал точки Z достигнет отрицательного уровня, т. е. линии Q, напряжение на коммутирующей индуктивности будет равно нулю, а ток 12 - максимальной своей величине, т. е. /„. Бели бы обратные вентили были подключены к точке Z вместо Z, то Д2, открывшись в этот момент, начал бы проводить ток, циркулирующий в контуре, состоящем из ZY,

Т2 и Д2, «заперев» в этом контуре энергию у LPm-

Одновременно через обратный вентиль Д2 начал бы проходить и ток нагрузки, возвращая энергию источнику, и это продолжалось бы до тех пор, пока направление тока нагрузки не изменилось на обратное. «Запертая» энергия рассеивалась бы в виде потерь в ZY, Т2 и Д2, что привело бы к увеличению их размеров и снижению к. п. д. установки.

Интервал С. При подключении обратных вентилей к 2" мы также даем возможность этой энергии возра-титься в источник. При этом начало интервала С оттягивается до момента, когда потенциал точки Z достигает отрицательного уровня, т. е. линии Q, и диод Д2 открывается. Ток 12 начинает спадать, но так как доля обмотки п выбрана небольшой (0,1-0,2), то спадание будет медленным. Диод Д2 ограничивает максимум напряжения на обмотке 0Z величиной Еа напряжения источника. В секции обмотки ZZ индуктируется напряжение пЕа1{\~п), которое прикладывается к части YZ ком-128

мутирующей индуктивности, отчего циркулирующий ток за время tj линейно спадает от /,„ до нуля.

и,„ (1 - »)

(5-45)

Этот ток трансформируется из обмотки ZZ в обмотку ZO и возвращается в источник питания. В течение рассматриваемого интервала максимальное напряжение на нагрузке равно Еа/{1-п), а напряжение на коммутирующей индуктивности повышает прямое напряжение на запертом тиристоре Т1 до встичины 2Eal{l-n).

Интервал D. Этот интервал начинается после того, как циркулирующий ток спадет до нуля, но при этом диод остается открытым из-за индуктивности нагрузки, отдающей свою энергию источнику. Напряжение на нагрузке .ссхается равным EJ(l -п). Напряжение n£,i/(ln),индуктированное в ZZ, теперь приложено в качестве обратного к Т2.

Интервал Е. Когда ток нагрузки изменяет направление, диод Д2 запирается, а возрастающий ток нагрузки поддерживается за счет разряда емкости С, до тех пор, пока потенциал точки Z не достигнет уровня Q.

Интервал А. Тиристор Т2 снова начинает проводить ток. Чтобы обеспечить ему эту возможность после отрицательного напряжения, которое было на Т2 в интервалах D и Е, требуется повторить управляющий импульс или же поддерживать его от начала интервала В. Более удобно применять прямоугольный управляющий импульс.

Так как ток нагрузки, возросший до определенного значения в интервале Е, не может сразу пройти через индуктивность L, то конденсатор С вначале продолжает разряжаться и начинается колебательный процесс между L и С. Амплитуда колебаний напряжения получается меньше nEJ(l--n). Колебания постепенно затухают под действием потерь в нагрузке и контуре. К концу интервала А ток нагрузки достигает величины /„, соответствующей интервалу А, когда был отперт Т1.

Аналогичные процессы имеют место в другом полупериоде, когда ток коммутирует из Т2 в Т1. При высоком коэффициенте мощности нагрузки интервалы D и Е отсутствуют. Ток нагрузки изменяет направление в течение интервала С, а диод Д2 закрывается в момент, когда возрастающий ток нового направления становится 9-1503 129

равным циркулирующему току. Таким образом, интервал С переходит прямо в интервал Л, а тиристор Т2 непрерывно остается открытым. Режим холостого хода можно рассматривать как особый случай, когда ток i, включая и значение тока во время коммутации, т. е. /л, равен нулю.

Работа инвертора на емкостную нагрузку

Кривые, иллюстрирующие работу инвертора по схеме 5-19 при емкостной нагрузке, показаны на рис. 5-21. На нем изображен один полупериод, состоящ.ий из шести интервалов а, Ь, с, d, е и f. Коммутационные интервалы 6 и с имеют увеличенный масштаб времени, примерно в 10 раз больший, чем в остальных. Форма кривой тока in принята произвольно, а в интервалах бис ток нагрузки принимается равным /ц. Последовательность процессов в течение одного полупериода разбирается без повторения сказанного относительно рис. 5-19 и 5-20.

Интервал а. Ток нагрузки отрицательный, а диод Д2 отперт и рекуперирует энергию нагрузки в источник к положительному его полюсу. Напряжение на нагрузке и на емкости С повышено автотрансформатором Тр до величины Ed/{\-п). Тиристор 77 находится под действием обратного напряжения nEdl{\-п), индуктированного в обмотке ZZ. К концу интервала а ток нагрузки равен - /н,-а ток диода Д2 равен /п/(1-п).

Интервал Ь. Коммутация начинается отпиранием тиристора Т2, после чего точка Y принимает потенциал, соответствующий линии Q - потенциалу отрицательного полюса источника. Конденсатор С поддерживает потенциал точки Z на прежнем уровне, так что к обмотке ZY коммутирующей индуктивности прикладывается напряжение Ed{2-п)1{\-п). То же самое напряжение индуктируется в обмотке XZ, что повышает обратное напряжение на тиристоре Т1 до 2Edl{\-п). Однако в случае емкостной нагрузки это запирающее действие излишне.

Ток 12 возрастает по линейному закону от нуля до /ц в течение времени определяемого уравнением

LU{\ -п) Еа(2-п)

(5-46)

За это же время ток в диоде Д1 спадает до нуля, после чего он закрывается. По существу ток нагрузки переходит из диода Д1 в тиристор Т2.

Рис. 5-21. Кривые токов и напряжений при емкостной нагрузке.

Интервал с. Начинается переходный процесс перезаряда емкости С, в котором ток /г возрастает от /н до 1т-Интервал с анализируется несколько ниже, где показано, что длительность его получается несколько большей четверти периода собственных колебаний контура LC.

Интервал d. Этот интервал полностью аналогичен интервалу С гари работе схемы с индуктивной нагрузкой. 9« 131