Максимальный ток /,„ получается, если в уравнении (5-137) ../ = 6

/m = sme + /,cose. (5-142)

Из уравнений (5-142) и (5-141) следует:

-•-=sece. (5-143)

Ucm получается из уравнения (5-138) при со/=л/2-Ь9:

Ucm=Ed + XIvcos Q+EdshiQ. (5-144) Из уравнений (5-144) и (5-141)

--=l+cosecl

(5-145)

Возводя в квадрат уравнение (5-145) и деля его на произведение (5-139) и (5-141), получаем:

(1 -f cosece)2

T/,Ed (2n -f 46) ctg e (5-146)

Так как величина TlyEd является константой, определяемой характеристикой нагрузки, то левая часть выражения (5-146) пропорциональна номинальной энергии, запасаемой в конденсаторе. Аналогично, возводя в квадрат уравнение (5-143), умножая на (5-41) и деля на (5-139), получаем:

sec= е ctg е

Т1Ел~ 271-Ь 48

(5-147)

левая часть которого пропорциональна энергии, запасаемой в индуктивности. Общий размер (номинальная энергия) коммутирующих элементов пропорционален сумме выражений (5-146) и (5-147), которая имеет минимум при 6 - 45°. Следовательно, это оптимальная расчетная величина параметра 6. При той форме тока, которая показана на рис. 5-37, /о - время, предоставляемое на восстановление тиристоров, равно:

<о Tt-f 26

(5-148)

Когда 0-=45°=k/4, toTlb. Это определяет наивысшую частоту, при которой может быть использована эта схема.

♦ ♦ ♦

ГЛАВА ШЕСТАЯ

РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ИНВЕРТОРОВ

В большинстве применений инверторов требуется регулирование их напряжения. Оно может вызываться колебаниями напряжения источника питания инвертора или падениями напряжения в пределах инвертора, либо необходимостью обеспечить плавное изменение напряження на нагрузке инвертора. Методы регулирования могут быть обобщенно подразделены на три группы:

1) регулирование напряжения питания инвертора;

2) регулирование напряжения в пределах инвертора;

3) регулирование напряжения непосредственно на нагрузке инвертора.

Имеется несколько хорошо известных способов регулирования постоянного напряжения, подводимого к инвертору, так же как переменного напряжения инвертора. К ним относятся применение насыщающихся реакторов, магнитных усилителей, индукционных регуляторов, выпрямителей с фазовым управлением и, наконец, транзисторных последовательных или параллельных стабилизаторов. После появления быстродействующих, эффективных, высоконадежных статических переключающих устройств, таких как транзисторы и тиристоры для разработки новых методов регулирования напряжения, предприняты значительные усилия. Это усовершенствованное регулирование осуществляется переключателями, в которых регулирование напряження достигается разными видами изменения скважности переключений. В гл. 8 рассматривается несколько основных способов регулирования скважности, обеспечивающих регулиро-11» 163

ванне постоянного напряжения на нагрузке преобразователя постоянного тока при относительно стабильном или произвольно изменяющемся нанряжсиии источника постоянного тока. Эти способы могут быть также использованы для обеспечения эффективного регулирования постоянного напряжения, подводимого к инвертору.

Один из самых удобных способов регулирования выходного напряжения инвертора заключается в том, что осуществляется регулирование скважности переключений в цепи инвертора. Этот основной вид регулирования напряжения инверторов, который рассматривается в данной главе. При использовании этого способа часто становится возможным осуществление регулирования выходного напряжения инвертора без значительного увеличения числа элементов цепи или без увеличения их установленных мощностей. Чтобы проиллюстрировать главные принципы этого способа регулирования, рассматривается однофазный инвертор с широтным регулированием. Посредством соответствующего управления тиристорами инвертора возможно изменять основную гармонику напряжения на нагрузке. Представлены многофазные исполнения таких устройств. Кроме того, техника широтного регулирования рассматривается для случая, когда вентили инвертора включаются и выключаются несколько раз на протяжении каждого полупериода рабочей частоты инвертора. При таком методе регулирования возможно существенно снизить или исключить гармоники с частотами, близкими к основным. Следовательно, при минимальных фильтрующих устройствах достигается хорошая форма выходного напряжения в широком диапазоне изменений регулируемого напряжения инвертора.

Другой весьма эффективный метод регулирования заключается в применении нескольких инверторов и суммировании их выходных напряжений. Результирующее напряжение регулируется изменением угла сдвига между напряжениями отдельных инверторов- В определенных случаях этот метод регулирования иа самом деле является разновидностью шнротно-импульсного управления, а формы кривых получаются такими же, как в других схемах широтно-импульсного регулирования. Цепи с применением нескольких инверторов при регулировании фазы угла регулирования особенно вы-164

годны, когда достаточно большая номинальная мощность инвертора требует увеличения количества вентилей.

6-1. РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ, ПОДВОДИМОГО К ИНВЕРТОРУ

Имеется ряд возможных технических решений регулирования постоянного напряжения, подводимого к инвертору, и тем самым регулирования переменного напряжения на нагрузке инвертора. Главные способы регулирования постоянного напряжения, применяемые для этой цели, следующие:

1) индукционные регуляторы;

2) насыщающиеся реакторы;

3) магнитные усилители;

4) фазоуправляемые выпрямители;

5) транзисторные последовательные или параллельные стабилизаторы;

6) импульсное регулирование постоянного напряжения полупроводниковым ключом.

Устройства по пп. 1-4 могут быть применены только тогда, когда постоянное напряжение питания инвертора получают от источника переменного напряжения, в то время как устройства по пп. 5, 6 могут быть применены, когда имеется в распоряжении как выпрямленное переменное напряжение, так и постоянное напряжение. Технические решения по пп. 4, 5 хорошо извегтчы и широко освещены в литературе. Регулирование напряжения посредством переключаемых полупроводниковых приборов является более поздним решением сравнительно с упомянутыми. Оно в основном включает ряд видов широтно-импульсного регулирования нли других способов изменения скважности переключений-Эти решения посредством техники переключающих устройств могут, как правило, обеспечить более эффективное и более быстродействующее регулирование постоянного напряжения, чем другие технические решения, перечисленные выше. Рассмотрение нескольких типов таких схем регулирования постоянного напряжения содержится в гл. 8.

Главные преимущества схем, в которых регулируется напряжение, подводимое к инвертору, приводятся ниже.

1. Форма кривой напряжения на выходе инвертора и его гармонические составляющие незначительно изменяются при регулировании напряжения.

2. В определенных областях применения главным доводом за регулирование напряжения является именно стремление компенсировать колебания напряжения источника. Инвертор при этом может быть рассчитан на весьма ограниченный диапазон изменения напряжения. Такие инверторы более эффективны как в отношении мощности потерь, так и в отношении использования оборудования.

3. Для регулирования постоянного напряжения, подводимого к инвертору, пригодны несколько хорошо известных и надежных решений, как уже упоминалось выше.

Главные недостатки регулирования постоянного напряжения, подводимого к инвертору, следующие-

1. Коммутирующее напряжение во многих инверторах пропорционально напряжению питания (см. гл. 5). В результате оказывается необходимым уменьшение инверторного тока по мере снижения постоянного напряжения. Следовательно, регулирование питающего постоянного напряжения инверторов нежелательно, когда требуется значительное изменение выходного напряжения и когда необходим большой ток нагрузки при сниженном напряжении на ней. Если инверторы проектируются из расчета получения надежной коммутации самых больших токов при пониженном напряжении!, то в них при высоких напряжениях источника имеется чрезмерное коммутирующее напряжение, которое обычно вызывает повышенные циркуляционные токи и, следовательно, более высокие потери в цепи.

2. Мощность преобразуется дважды: первый раз при регулировании постоянного напряжения на входе и второй раз - в инверторе. Это обычно влечет за собой большую установленную мощность оборудования, чем требовалась бы, если функции регулирования выполнял бы сам инвертор. Дело может обстоять и не так, когда напряжение питания изменяется в широких пределах, но требуются относительно стабильные напряжение на нагрузке инвертора и коммутационная способность.

3- Для получения наивысшей эффективности схемы регулирования постоянного напряжения часто требует-166

ся фильтрация в цепи постоянного тока. Это может вызвать снижение быстродействия в контуре питания регулируемого инвертора.

6-2. РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ИНВЕРТОРЕ

Регулирование параллельного инвертора посредством изменения угла опережения

Как указывалось в гл. 2, угол опережения параллельного инвертора приблизительно равен углу, соответствующему коэффициенту мощности со стороны переменного тока, т. е. фазе, определяемой коэффициентом мощности, соответствующим полному сопротивлению цепи переменного тока, включая коммутирующую емкость, выходной трансформатор и нагрузку. При стабилизированном постоянном напряжении напряжение иа нагрузке инвертора изменяется с изменением угла опережения или с изменением коэффициента мощности цепи переменного тока. Таким образом, можно регулировать напряжение параллельного инвертора изменением коэффициента мощности нагрузки. Это может быть сделано одним из нескольких способов. Они включают регулирование насыщающимися реакторами, шунтирующими нагрузку; фазоуправляемыми электрическими вентилями, изменяющими ток в катушке индуктивности, включенной параллельно нагрузке, а также путем применения обратных выпрямителей.

Эти обратные выпрямители содержат вентили, проводящие ток к источнику постоянного напряжения, когда напряжение на нагрузке превышает определенную величину, и, следовательно, стремятся поддерживать напряжение на нагрузке инвертора на заданном уровне. Обычно последовательно с обратными выпрямителями включается индуктивность для ограничения циркуляционных токов. Индуктивная нагрузка, создаваемая этими циркуляционными токами, самое эффективное средство для ограничения напряжения на нагрузке инвертора.

Однако регулирование посредством изменения угла опережения пригодно лишь тогда, когда требуются только небольшие изменения регулируемого напряжения. Когда необходимо регулировинне в широком диапазоне, номинальная мощность устройств, обеспечивающих необходимый диапазон регулирования, может оказаться чрезмерной.