 |
Автономный последовательный инвертор тока. Основные особенности и характеристики.
|
|
|
|
Схему однофазного мостового инвертора тока. В этом случае конденсатор включается последовательно в цепь нагрузки (рис.3.26). Для изучения основных свойств последовательного инвертора тока воспользуемся методом первой гармоники, и будем считать, что ток и напряжение на выходе инвертора синусоидальны. Тогда векторная диаграмма инвертора имеет вид (рис.3.18). Здесь I н – ток нагрузки, Iс – ток конденсатора, Idi – ток эквивалентного источника переменного тока, которым заменяется реальный источник питания инвертора. последовательного инвертора (рис.3.27).
Здесь ток нагрузки I н и входной ток Idi есть одна и та же величина. Поэтому при замене реального источника питания на эквивалентный источник переменного тока имеет место равенство: 
.
Так как I н = Idi то
, (3.29)
т.е. ЭДС эквивалентного источника равна падению напряжения на активном сопротивлении нагрузки.
Связь между напряжением Еdi и U пит реального источника устанавливается на основании теории выпрямителей
(Еd = k cх∙ Е 2, где k cх = 
– коэффициент схемы, определяемый схемой выпрямителя. Для однофазной мостовой схемы k сх = 
= 0.9).
Из (3.29) следует, что
(3.30)
и при постоянном 
конец вектора 
должен в любом режиме перемещаться по окружности, построенной на векторе 
как на диаметре. Соотношение (3.25) для последовательного инвертора с учетом 
принимает следующий вид:
,(3.31)
где 
.
Как следует из этого выражения, здесь угол β в отличие от параллельного инвертора возрастает с ростом нагрузки. Поскольку 
, то каждому значению 
соответствует критическое значение 
, меньше которого нагрузка последовательного инвертора быть не может.
Из (3.30) следует, что 
или для однофазной мостовой схемы инвертора
|
|
|
.
(3.32)
Поэтому внешняя характеристика
последовательного инвертора не зависит от нагрузки и имеет, в соответствии с (3.32) вид (рис.3.29).
Перенося на рис.3.29 критические значения нагрузок для различных значений 
из рис.3.28, получаем ограничительную характеристику последовательного инвертора (штриховая линия на рис.3.29), разделяющую рабочую и нерабочую области внешних характеристик.
32=33. Резонансные инверторы. Принципы построения. Особенности работы.
В схемном отношении резонансные инверторы напоминают инверторы тока, но в отличие от них, на входе имеют индуктивность Ld, которая образует колебательный контур с коммутирующим конденсатором и индуктивностью нагрузки L н. При этом в режиме, близком к резонансному, напряжение и ток нагрузки будут приближаться к синусоидальным. Резонансные инверторы могут выполняться так же, как и инверторы тока, по схеме параллельного, последовательного или последовательно-параллельного инвертора.
Параллельный резонансный инвертор имеет характер основных зависимостей такой же, как и у параллельного инвертора тока, но в резонансном инверторе из-за синусоидальной формы тока нагрузки скорость нарастания токов тиристоров 
значительно ниже. Поэтому выходная частота в резонансном инверторе может быть значительно более высокой.
Особенностью резонансного инвертора является также то, что нагрузка может изменяться лишь в небольших пределах, так как при изменении параметров нагрузки в большом диапазоне может возникнуть режим, приводящий к опрокидыванию инвертора.
Особенности последовательного резонансного инвертора рассмотрим на примере полумостовой схемы (рис.3.32).Здесь элементы цепи нагрузки (Lk, Zk, Сk,) образуют последовательный колебательный контур с собственной частотой w 0. При открывании тиристора Т1 происходит заряд конденсатора C н при открывании тиристора Т1 конденсатор Сk разряжается.
|
|
|
В зависимости от частоты отпирания 
тиристоров Т1 и Т2 различают три режима (рис.3.33):
1. Режим прерывистых токов, когда w < w 0. В этом случае тиристоры восстанавливают управляющие свойства в течение бестоковой паузы (q1 – q2). Этот режим (рис.3.33, а) еще называют режимом естественной коммутации, т.к. тиристоры закрываются за счет естественного спадания тока до нуля при колебательном характере перезарядки конденсатора.
2. Гранично-непрерывный режим (w = w 0). В этом случае имеет место резонансный режим. Поскольку здесь отсутствует бестоковая пауза, то тиристоры закрываются за счет ЭДС в обмотках коммутирующего дросселя Lk.
3. Режим непрерывного тока. В этом случае w > w 0 и ток в колебательном контуре не успевает снизиться до нуля. Коммутация тиристоров так же, как и в предыдущем случае, осуществляется только за счет ЭДС в обмотках дросселя Lk В связи с этим в последних двух режимах коммутацию тиристоров называют принудительной.
Характеристики основных зависимостей последовательного резонансного инвертора и последовательного инвертора тока также весьма похожи:
· напряжение на нагрузке возрастает с уменьшением 
;
· уменьшение активного сопротивления нагрузки приводит к увеличению входного тока инвертора, напряжения на конденсаторе Сk и на тиристорах, а также к увеличению времени, предоставленного тиристорам для восстановления управляющих свойств;
· в режиме холостого хода последовательный резонансный инвертор неработоспособен, т.к. угол 
, и инвертор опрокидывается.
Диапазон изменения сопротивления нагрузки в последовательном резонансном инверторе также ограничен условиями его работоспособности, как и в параллельном резонансном инверторе, но влияние этого сопротивления в обоих инверторах противоположное, как было отмечено выше.
Свойства последовательно-параллельного резонансного инвертора в большой степени зависит от соотношения ёмкостей последовательного и параллельного конденсатора и могут быть приближены либо к свойствам параллельного резонансного инвертора, если превалирует конденсатор, подключенный параллельно нагрузке, либо к свойствам последовательного резонансного инвертора, если превалирует последовательно включённый конденсатор.
|
|
|
Существует большое количество схемных вариантов резонансных инверторов, каждый из которых имеет свои отличительные особенности, достоинства и недостатки, но есть одно свойство резонансных инверторов, обеспечивающее им широкие перспективы применения в различных областях техники. Речь идет о возможности построения на базе резонансных инверторов так называемых «многоячейковых инверторов». Многоячейковые резонансные инверторы применяют, например, тогда, когда необходимо получить выходную частоту, превышающую предельное значение выходной частоты одного инвертора, либо когда нужно получить большую выходную мощность без последовательного или параллельного соединения силовых вентилей. Это достигается благодаря тому, что n отдельных резонансных инверторов работают на одну и ту же нагрузку либо со сдвигом по фазе на угол 
, и тогда частота выходного напряжения на нагрузке будет в n раз превышать выходную частоту отдельного инвертора, либо их можно включать или параллельно, или последовательно для получения большой мощности в нагрузке.
Описание свойства резонансных инверторов позволяют отметить и наиболее перспективные области применения. В первую очередь, это высокочастотные установки индукционного нагрева металлов, широко применяемые в различных технологических процессах.
Это и высокочастотные звенья преобразования энергии в мощных устройствах электропитания различного назначения.
Это и источники питания мощных светотехнических установок.
Особенно большие перспективы применения резонансных инверторов открываются в связи с появлением новых мощных силовых ключей на базе полевых транзисторов, а также комбинированных транзисторов IGBT, которые существенно превышают по целому ряду важнейших показателей силовые тиристоры.
|
|
|
