Менеи более эффективно, когда попользуется схема рнс. 6-1,6 с четырьмя вентилями. Эта схема может работать при четырех дополнительных коммутациях в течение полупернода и дает возможность исключить третью и пятую гармоники тремя различными путями. Во-первых, каждая пара вентилей может обеспечить регулирование .напряжения изменением углов ui н аг и одновременно поддерживать равной нулю третью гармонику. Угол сдвига между двумя парами вентилей может быть установлен таким, чтобы была исключена пятая гармоника. Второй путь противоположен рассмотренному. Напряжение регулируется изменением щ и «г для каждой пары вентилей в то в,ремя, как поддерживается равной нулю пятая гармоника, а угол сдвига двух других пар вентилей корректируется таким образом, чтобы исключить третью гармонику. Третий способ действия схемы рис. 6-1,6, преследующий цель регулирования при равных нулю третьей и пятой гармониках, заключается в логическом распространении порядка регулирования, рассмотренного ранее в отношении схемы рис. 6-1,а. При таком способе регулирования каждая пара вентилей работает с фиксированными углами ai и аг с тем, чтобы образовать кривые напряжений Ua-o и иь-о, не содержащие третьей и пятой гармоник. Напряжение на нагрузке регулируется сдвигом сигнала управления одной пары вентилей относительно сигнала управления другой пары. Кривые напряжений для различных фаз углов сдвига при рассматриваемом способе действия показаны на рис. 6-14. Кривые напряжений на нагрузке одинаковы при любом из трех сиоообов работы схемы 6-1,6.

Основное соотношение для определения содержания гармонических составляющих в функции порядка гармонической и угла сдвига основной гармоники может быть найдено тем же путем, что был использован при получении соотношения (6-8). Это выражение будет следующим:

4Еа I

- 2 cos и (23,62°)-f-2 cos/2(33.3°) /гв -:-COS

a-b(n,m) п п 2

(6-36)

в уравнении (6-36) «=1, 3, .5, 7, 9, И, оо -порядок гармоники; 0 - угол сдвига между управляющими сигналами двух пар тиристоров инвертора; Е -величина напряжения источника питания инвертора. 192

Принимая в (6-36) п=1, находим величину основной гармоники напряжения в функции угла сдвига:

(6-37)

а-Ь (I, т)

0,839 COS-

Уравнение (6-37) показывает, что максимум основной гармоники меняется, как и раньше, по закону косинуса от половины угла сдвига.

Принимая п = 3, 5, 7, 9 и 11 в уравнении (6-36), приходим к следующим выражениям:

0,248 COS 4

a-b (7, т)

Orb (9, m)

а-6(П,т)

0,408 COS 0,306 COS

9в .

2 * П9

(6-38) (6-39)

(6-40) (6-41) (6-42)

В табл. 6-2 приведены величины гармоник, определенных по соотношениям (6-37) - (6-42). Величины амплитуд гармонических составляющих отнесены к напряжению 4£<г/я ,и даны для семи значений углов сдвига.

Таблица 6-2

Часто нет необходимости исключать из спектра гармоник третью гармонику, поскольку ее нет во многих многофазных устройствах. Следовательно, .предпочтительнее установить «выемки» в кривой напряжения так, чтобы исключить пятую и седьмую гармоники напряжения, т. е. чтобы низшей гармоникой была одиннадцатая. Применяя анализ, подобный тому, который был проведен при получении уравнений (6-31) и (6-32), пятую и

Седьмую rapMOiniKii напряжения в к.ривон напряжения, соответствующей рис. 6-13, можно Выразить следующими Соотношениями:

JJ А Ed - 2 cos бп, + 2 cos Sag

о-О (5. т) - - 2 5

А Ed 1 - 2 cos 7о, 2 cos

а-0 (7, m)

Так как пятая и седьмая гармоники должны быть равны нулю, то следует совместно решить два следующих уравнения

1 -2 cos 5ai -Ь2 cos баг=0;

1-2cos7a,-f2cos7a2 = 0.

Приближенное решение этих двух тригонометрических уравнений приводит к следующим результатам

а, = 16,25°; «2=22,07°.

Следовательно, гармоническая составляющая напряжения нагрузки для любой гармоники выразится соотношением

(6-43)

4 1 - 2 cos/г (16,25°)-f-2 cos/г (22,07°) /а лл\

а-й{п.т) „ 2 п-•

Когда схема рис. 6-1,6 работает с этими углами ai и аг, выражение для .напряжения на нагрузке, аналогичное (6-36), будет следующим:

и - 1 - 2cos«(16,25°)-f-2cos/;(22,07°) «8

а-6(«, m) „ - cos-g-.

(6-45)

В подавляющем большинстве многофазных схем третьи гармоники и кратные нм могут быть исключены схемой соединения обмоток трансформатора. Добавление двух «выемок» в кривой напряжения может исключить пятую и седьмую гармоники. Следовательно, при использовании двенадцати вентилей в трехфазной цепи, как показано иа рис. 6-10, и при соответствующих углах «1 и аг можно достичь регулирования напряжения во всем диапазоне, не имея в кривой выходного напряжения инвертора гармоник ниже одиннадцатой. 194

Широтно-импульсная модуляция напряжения. Большое число коммутаций в течение полупериода

Схемы, рассмотренные в предшествующем разделе, могут работать такнм образом, что обеспечивается многократное широтно-импульсное регулирование напряжения, причем образуется много импульсов в течение каждого полупериода основной частоты. Такнм путем можно

WO"

Рис. 6-15. Кривая выходного напряжения для цепи схемы рис. 6-1,6 при многократных коммутациях в течение полупериода.

IBO"

ЗВ0°

Рис. 6-16. Кривая выходного напряжения для цепи схемы рис. 6-1,6 при многократных, изменяющихся по заданной программе коммутациях в течение полупериода.

еще больше понизить содержание гармонических в кривой напряжения. Можно исключить все гармоники частот ниже частоты импульсов, на которые разделено выходное напряжение.

Имеются многочисленные формы этого типа регулирования (широтно-нмпульсной модуляции) напряжения: частота импульсов может быть синхронизирована с основной рабочей частотой инвертора, частота импульсов может не зависеть от частоты инвертора, длительность импульсов в порядке их следования в течение каждого полупериода может модулироваться по синусоидальному или приближенному синусоидальному закону и др. Интересно отметить, что если длительность импульса модулируется по закону трапеции в течение каждого полупериода, то выходное напряжение инвертора будет весьма близко к синусоиде.

На рис. 6-15 и 6-16 показаны два примера кривых 13* 195

напряжения на нагрузке, которые могут быть получены при использонании схемы по рис. 6-1,6. На рис. 6-15 импульсы имеют равные длительности. Метод регулирования наиряжения может при этом заключаться в одновременном изменении длительности всех импульсов при поддержании неизменной частоты повторения импульсов, «привязанной» к основной рабочей частоте. На рис. 6-16 показана кривая напряжения, в которой длительности в последовательном ряде импульсов изменяются по закону синуса. Напряжение может регулироваться изменением длительности всех импульсов, однако при этом следует поддерживать сннусондальный закон изменения их длительностей в порядке следования и постоянную частоту повторения импульсов напряжения.

6-3. РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ

НЕПОСРЕДСТВЕННО НА НАГРУЗКЕ ИНВЕРТОРА

Переменное напряжение инвертора может регулироваться использованием обычных средств регулирования переменного напряжения. В качестве таких средств могут быть использованы насыщающиеся реакторы, магнитные усилители, индукционные регуляторы или фазоуправляемые тиристорные регуляторы переменного тока. Все эти устройства имеют тот недостаток, что когда требуется изменение напряжения в широком диапазоне, то резко возрастает установленная мощность устройства регулирования. Отличный метод регулирования напряжения, имеющий значительные преимущества для многих случаев, заключается в применении многих совместно работающих инверторов и сдвиге фаз напряжения одного инвертора относительно напряжения другого с целью регулирования напряжения {Л. 6-3 и 6-4]. Вероятно, простейшей формой такого регулирования напряжения является схема, показанная на рис. 6-17,6. Основная схема инвертора показана на рис. 6-17,а. Напряжения от двух таких схем суммируются посредством последовательного соединения вторичных обмоток трансформаторов, образуя напряжение на нагрузке. Напряжение на нагрузке, следовательно, является геометрической суммой двух инвертированных напряжений и, таким образом, оно может плавно регулироваться от нуля до максимального значения, по мере того как изменяется угол между этими напрялсениями. Важно отметить, что схема рис. 6-1,6

Рис. 6-17. Регулирование напряжения на нагрузке. а - однофазный инвертор: б - сдвоенный однофазный инвертор.

одной половины моста относительно другой подобен процессу, происходящему в схеме рис. 6-17,6. Фактически во многих случаях очень трудно провестп грань различия между широтным регулированием и фазовым регулированием нескольких инверторов.

Исследование этого метода регулирования в многофазной системе рассматривается в приложении к данной главе, являющемся переводом статьи [Л. 6-5].

6-4. ПРИЛОЖЕНИЕ

Нынешняя низкая стоимость преобразования переменного тока в постоянный в установках большой мощности, так же как возрастающее количество энергии в виде постоянного тока, получаемой от необычных источников, требуют, чтобы разрабатывались те схемы, которые способны инвертировать не только при промышленной ча-