Коммутация токов в схемах инверторов

Однофазный мостовой инвертор. На рис. 3.16, а представлена мостовая схема инвертора на тиристорах. В этом случае энергия от источника постоянного тока Е_тТ поступает через трансформатор в сеть. Это обусловлено тем, что ток i_c в первичной обмотке трансформатора (Тр) направлен навстречу напряжению и_лв на ней. При допущении L_d = °о пульсации напряжения, обусловленные разностью мгновенных значений напряжений вторичной обмотки трансформатора и источника постоянного тока, будут приложены к дросселю L_d, а ток равен среднему значению /_(/.

Для обеспечения инверторного режима угол управления, а должен быть больше л/2. Поэтому обычно при анализе схем угол управления в инверторном режиме принято отсчитывать в сторону опережения (влево) относительно сдвинутых на угол л моментов естественной коммутации 9 = 0, л, 2л и т. д. (рис. 3.16,6). Угол, исчисляемый по такому принципу, называется умом опережения и обозначается (1. Угол, а связан с углом Р соотношением

Рис. 3.16. Однофазный мостовой инвертор:

а — схема; б — диаграммы работы при непрерывном токе; в — диаграммы работы при прерывистом токе.

Рис. 3.16. Однофазный мостовой инвертор (окончание).

Предположим, что на интервале времени от 0 до 9, ток проводили тиристоры VS2 и VS4. В момент 9, на тиристоры VSI и VS3 подаются управляющие импульсы. Так как в этот момент анод тиристоров имеет положительный потенциал относительно катода (и_лв > 0), тиристоры включаются. Вторичная обмотка трансформатора оказывается замкнутой накоротко, в результате возникает ток короткого замыкания направленный навстречу току, протекающему через тиристоры, т. е. начинается процесс естественной коммутации, который протекает идентично рассмотренному ранее. Когда в момент Э₂ процесс коммутации заканчивается (длительность его так же, как и в выпрямительном режиме, выражается углом у), тиристоры выключаются, и к ним прикладывается обратное напряжение и_АВ. В результате тиристоры VS2 и VS4 имеют возможность восстанавливать свою запирающую способность до тех пор, пока напряжение и_АВ не изменит свой знак (когда потенциал точки «Ь» станет больше потенциала точки «а»). Угол, соответствующий этому интервалу времени, называется углом запаса и обозначается 8. Углы р, у и 5 связаны соотношением.

Тиристоры VS1> VS3 проводят ток до момента Э₄. Перед этим, в момент 9₃, управляющие импульсы поступают на тиристоры VS2 и VSA, в результате чего происходит процесс коммутации и тиристоры VS2 и VSA включаются, a VSI и VS3 выключаются. Далее рассмотренные процессы периодически повторяются.

Из характера электромагнитных процессов видно, что они во многом сходны с процессами, протекающими при работе выпрямителя на иротиво-ЭДС. Основное отличие состоит в том, что в инверторном режиме источник постоянного напряжения включен с противоположной полярностью относительно тиристорного комплекта и отдает энергию в сеть. Так как управляющие импульсы подаются на тиристоры с опережением на угол р относительно сдвинутых на угол п моментов коммутации, то поступающий в сеть ток i_c проходит через нуль в сторону положительных значений раньше, чем проходит через нуль напряжение в сторону отрицательных значений. Поэтому первая гармоника тока i_c сдвинута относительно напряжения и_АВ в сторону опережения на угол, приблизительно равный р — у/2 (см. рис. 3.16,6).

Векторные диаграммы тока /_с1 и напряжения и_АВ для выпрямительного и инверторного режимов работы преобразователя показаны на рис. 3.15. В выпрямительном режиме первая гармоника тока сдвинута относительно напряжения в сторону отставания приблизительно на угол, а +у/2. Из векторной диаграммы видно, что в инверторном режиме активная составляющая тока /_с1а направлена навстречу напряжению сети, что соответствует поступлению в нее активной мощности. Реактивная составляющая тока /_с1р, как и в выпрямительном режиме, отстает на угол тс/2 от напряжения сети. Следовательно, в обоих режимах преобразователь является потребителем реактивной мощности. Напряжение на стороне постоянного тока преобразователя, называемое также противо-ЭДС инвертора, имеет пульсацию, которая зависит от углов (3 и у и определяется по тем же соотношениям, что и для выпрямительного режима, если угол, а в них заменить на угол р. Среднее значение напряжения равно напряжению источника: U_d=Е_нсг.

Связь между действующим значением напряжения U_ab на вторичной обмотке трансформатора (это напряжение зависит от напряжения сети переменного тока и коэффициента трансформации трансформатора) и напряжением источника постоянного тока U_(l описывается соотношением, подобным выражению для среднего значения выходного напряжения выпрямителя. При отсутствии падений напряжения на элементах схемы.

Другие соотношения также подобны выражениям, приведенным в параграфе 3.2 для случая активно-индуктивной нагрузки однофазного выпрямителя при непрерывном токе дросселя. В режиме работы с прерывистым током i_d (рис. 3.16, в) аналитические выражения связи между параметрами схемы значительно усложняются, так же как и в выпрямительном режиме.

Трехфазный мостовой инвертор. 11а рис. 3.17 представлены схема трехфазного мостового инвертора на тиристорах и диаграммы токов и напряжений на се элементах при идеальной сглаженности тока дросселя. В этой схеме, как и в однофазной, управляющие импульсы подаются на тиристоры с опережением на угол р относительно моментов времени, соответствующих началу коммутации тиристоров при работе схемы в режиме неуправляемого выпрямителя (а = 0, л, 2л и т. д.). Указанные моменты времени соответствуют прохождению через нуль линейных напряжений вторичных обмоток трансформатора, т.с. пересечению синусоид фазных напряжений и_а,

Рис. 3.17. Трехфазный мостовой инвертор:

а — схема; б — диаграммы токов и напряжений.

и_ъ и u_c. На интервале Э₀ — 9, под воздействием напряжения источника U_d ток I_d проходит через тиристоры VS 1, К92 и вторичные обмотки трансформатора (фазы «а» и «с»). При этом мгновенное значение противо-ЭДС инвертора (рис. 3.17,6) равно разности напряжений и_с и и_а. В момент 9_Р определяемый углом опережения р, который задается системой управления инвертора, подается управляющий импульс на тиристор VS3. Этот тиристор включается, в результате чего фазы «а» и «Ь» вторичных обмоток трансформатора оказываются замкнутыми накоротко и в них начинает протекать ток короткого замыкания, направленный навстречу току i_vsv протекающему через тиристор VSI. Иначе говоря, начинается процесс коммутации, аналогичный процессу коммутации в однофазной мостовой схеме выпрямителя, длительность которого определяется углом у. Напряжение u_d на интервале коммутации становится равным напряжению и_с — (и_а + и_ь)/2. 11осле окончания процесса коммутации ток I_d будут проводить тиристоры VS2 и KS3, а к тиристору VS 1 будет приложено обратное напряжение в течение времени, определяемого углом 8. Далее коммутация тиристоров идет в соответствии с их нумерацией, указанной на рис. 3.17, а. Длительность проводящего интервала каждого вентиля равна 2л/3 + у.

Процессы коммутации, как в инверторном, так и в выпрямительном режимах работы преобразователей, вызывают не только периодические про;

Рис. 3.18. Схема трехфазного инвертора с эквивалентными индуктивностями:

а — схема; б — диаграммы напряжений валы напряжения на стороне постоянного тока. Одновременно появляются провалы и всплески в сетевом напряжении переменного тока. Так, например, если считать эквивалентную фазовую индуктивность (в основном индуктивность рассеяния трансформатора L_s) подключенной непосредственно к выводам схемы преобразователя (рис. 3.18, а), напряжения на выводах схемы будут иметь вид, соответствующий диаграммам на рис. 3.18,6. Площади провалов и всплесков напряжения могут быть определены из следующих соотношений:

Аналогичные всплески п провалы будут иметь место и в выпрямительном режиме.

Среднее значение напряжения источника U_d при условиях отсутствия нагрузки и мгновенной коммутации тиристоров связано с действующим значением фазного напряжения 1/_ф на выходе трансформатора:

Остальные соотношения для инверторного режима подобны соотношениям, приведенным для трехфазной схемы, работающей в выпрямительном режиме на активно-индуктивную нагрузку при непрерывном токе дросселя.