энергия W в индуктивности может быть выражена в виде отношения к величине с помощью выражений

(5-59) и (5-74):

= Л(х„)

= h(Xo)

J(x)

(5-76)

Изменение WIEaluotoo в зависимости от Хо показано на рпс. 5-24 для следующих случаев:

1) /ц=/но, л;=Хо-максимальная нагрузка, уравнение (5-74);

2) /н=/но/4, х = 4хо-расчет по уравнению (5-76);

3) /н=0; X->оо-холостой ход, уравнение (5-75). It

Рис. 5-24. Кривые зависимостей энергии, запасенной в индуктивности, от параметра Хо и лагрузки.

Видно, что при 0,75X01,15 величина W мало меняется с изменением нагрузки и близка к минимальной.

Для большинства инверторов выбор а;о=1 считается оптимальным. При этом g(l) =0,425 (рис. 5-22), а оптимальные величины С я L определяются в соответствии с уравнениями (5-72) и (5-73).

0,425£й

,0,425/„„V

(5-77) (5-78)

Наибольшая величина тока в тиристоре получается равной максимальному значению при емкостной нагрузке, когда напряжение источника максимально, в соответствии с уравнением (5-71). В этом случае энергия W также получается наибольшей.

Другим интересным параметром является скорость нарастания прямого напряления на только что запертом тиристоре. Наибольшая крутизна нарастания почти одинакова и получается при /н=/но.

Прямое напряжение 2E,i прикладывается в течение времени

но 00 -

arctg х„ g io)

(5-79)

При л;о=1 имеем /ко-/оо=0,85/оо.

Тогда средняя скорость нарастания напряжения равна 2£d/0,85/o 0. Эта величина не должна превышать максимально допустимое для применяемых тиристоров паспортное значение.

Выбор коэффициента секционирования трансформатора

Средний ток тиристора за интервал С равен /т/2. Если прямое надеине напряжения в нем равно С/в, то энергия, рассеиваемая в нем в течение интервала С,

г rrfr- "(-" .у в(1-п) faan.

-Y IrrPJf---= W , (5-80)

где величина tf получена из уравнения (5-45). Таким образом, часть запасенной энергии W теряется в тиристоре, а еще большая теряется в обратном вентиле, в обмотках индуктивности и трансформатора.

Для лучшей отдачи запасенной энергии желательно иметь п большим, особенно когда питающее напряжение мало. Однако с другой стороны п должно быть небольшим, чтобы уменьшить амплитуду напряжения, приложенного к тиристорам 2Ей1{\-п), а также изменения напряжения на нагрузке с изменением коэффициента мощности. Оказывается, что наилучшее компромиссное решение получается при п = 0,1-ь0,2, причем большие величины следует брать при малом питающем напряжении и высокой частоте.

Довольно большая амплптуда циркулирующего тока и запасенной энергии является одним из недостатков этой схемы по сравнению с другими схемами инверторов с импульсной коммутацией. Однако при частоте 60 гц, когда период переменного напряжения получается примерно в 800 раз больше типичного нремени восстановления тиристоров, характеристики инвертора получаются достаточно удовлетворительными. В небольших инверторах, например 1 ква и менее, может быть целесообразно не делать у трансформатора отпаек, а рассеивать запасенную энергию в резисторах, включенных последовательно с обратными вентилями. При частоте 400 гц, когда период больше типичного времени восстановления тиристоров в 120 раз, вопрос о запасенной энергии в экономичных инверторах вырастает в проблему. При частоте 1 ООО гц вообще лучше выбирать иную схему инвертора.

Мостовые схемы

Мостовой вариант схемы, проанализированной выше, показан на рис. 5-25. По существу она представляет собой две схемы, показанные на рис. 5-19, работающие

со сдвигом по фазе 180°, с общими трансформатором и коммутирующей емкостью, что делает ненужным нейтральный вывод источника питания.

Трехфазный мостовой инвертор, представленный на рис. 5-26, также по.тучен из схемы 5-19. Коммутирующая емкость каждой фазы расщеплена на две половины, каждая из которых подключается между выводами нагрузки и источника питания. Можно включить по одному конденсатору на фазу, подсоединив их к нейтрали источника питания. Принцип работы схемы в обоих случаях остается тем же самым. Кривые напряжений между точками А, В, С и средней точкой источника питания имеют пря-140

5-25. Мостовая схема однофазного инвертора.

моугольную форму. Прп этом трехфазная схема обеспечивает отсутствие третьих гармоник как в линейных так и в фазных напряжениях. Следовательно, напряжение третьих гармонических получается между нейтральными точками систем постоянного и переменного тока. Подобные формы кривых напряжений анализируются в гл. 6-7.

Д Вращение , фаз АДС

i Нагрузка

Рис. 5-26. Мостовая схема трехфазного инвертора.

Так как в этих схемах первичные обмотки трансформаторов не соединяются с нейтральной точкой источника питания, то потенциал фазы, в которой обратный диод находится в проводящем состоянии, зависит как от состояния других фаз, так и от коэффициента секционирования п. в случае соединения треугольником, как это сделано на рис. 5-26, расположение отпаек должно быть согласовано с направлением вращения фаз, чтобы усилить отдачу энергии, запасенной в коммутирующих индуктивностях. Например, сразу после отпирания тиристора ТА1 ток начинает циркулировать через ТА1 и обратный диод ЦА1. Чтобы ускорить спад этого тока, индуктированное напряжение должно поднять потенциал точки А выше потенциала положительного полюса источника. Отсюда фаза В в этот момент должна иметь отрицательный потенциал, и ТВ2 или JXB2 должны проводить ток.

Как и схемы рис. 5-16 и 5-19, мостовые схемы рис. 5-25 и 5-26 также превращаются в соответствующие варианты параллельного инвертора, если убрать обратные вентили. При этом увеличиваются размеры коммутирующих емкости и индуктивности.

5-5. ИНВЕРТОР С СОПРЯЖЕННО-ИМПУЛЬСНОЙ

КОММУТАЦИЕЙ ПРИ ОГРАНИЧЕННОМ ОБРАТНОМ НАПРЯЖЕНИИ

Эта группа инверторов, как и все остальные, имеет две основные схемы. Одна -схема с трансформатором со средним выводом (рис. 5-27). Это прототип многофазных схем типа «звезда». Другая-схема со средним выводом источника питания (рис. 5-28), которая является блоком для построен.ия мостовых схем.

±Д1

С I

41--

Tl Т2

- 0-

Рис. 5-27. Инвертор с трансформатором со средним выводом н ограниченным обратным напряжением на тиристорах.

Принцип действия этой группы инверторов лучше объяснить на примере схемы рис. 5-27.

В принципе каждый тиристор вьшолняет в этой схеме двойную роль, сочетая функции вспомогательного и главного тиристоров (см. § 5-1). Во время коммутации первичные обмотки трансформатора (рис. 5-27) оказываются закороченными, поэтому напряжение на нагрузке падает до пуля. Напряжение источника питания 142

в это время ложится на линейный реактор La, специально предусмотренный для этого. Чтобы ограничить перенапряжения, возникающие после коммутации, когда магнитный поток реактора La спадает, предусмотрена вторичная обмотка реактора, соединенная с источником питания через обратный диод ДЗ.

- 0-

Рис. 5-28. Инвертор со средним выводом источника постоянного тока и ограниченным обратным напряжением иа тиристорах.

Принцип действия

Для упрощения анализа сохраним все допущения, сделанные в § 5-4. Кроме того, допустим, что во всех обмотках трансформатора нет потоков рассеяния, а число витков вторичной обмотки трансформатора равно числу витков каждой половины первичной обмотки. Примем также, что вторичная обмотка реактора La имеет в N раз больше витков, чем первичная, и между ними нет потоков рассеяния.

Следует иметь в виду, что многие результаты, представленные здесь, являются приближенными решениями приближенных уравнений. Грубое приближение может быть достаточным для качественного объяснения работы схемы, но для проектирования требуется более точная оценка. В последующем анализе будут проанализированы различные допущения и степени точности для типичных соотношений параметров. В частности, для примера приняты условия Ld=6L; N = 5; Q=10. Для этих значений параметров показаны кривые напряжений.