Главная Автономный инвертор - преобразователь постоянного тока в переменный



ток протекает только через управляемый вентиль. Поскольку время включенного состояния управляемого вен тиля меньше полупериода за счет паузы, выходное па пряжение инвертора получается несимметричным.

На основании изложенного можно сделать вывод о том, что при построении системы управления инверто-


Рис. 7. Переходный процесс при наличии паузы в управлении ключевыми элементами.

ром следует стремиться к тому, чтобы обеспечивать ра боту ключевых элементов инвертора с минимальной пау ЗОЙ. В практических схемах тиристорных инверторо! при управлении вентилями в течение 180 электрически? градусов пауза составляет 50-100 мкс, что несуществен но для частот до 200-300 Гц цри работе инвертора на асинхронный двигатель. В то же время в инверторам с Междуфазовой коммутацией, рде время &ключе1шогс

состояния ключевого элемента равно-g-ч!, а пауза рав

на я/3, наблюдается зависимость выходного напряже ния от режима работы двигателя, а также ухуди]еиие гармонического состава выходного напряжения, чтс является их существенным недостатком.

При работе реальных автономных инверторов наблю дается еще одно явление, которое может быть охарактеризовано как инерционность ключевого элемента. Заключается оно в том, что, будучи включенным, КЛюче вой элемент не может быть выключен раньше, чем пройдет некоторое время от момента подачи сигнала на отключение. Это явление приводит к ограничению верхнего предела частот:

/пр=1/С2(/й + н)]. При частотах, меньших предельной, в режиме широтно-импульсного регулнрования инерционность клю-

чевых элементов, «ак будет показано ниже, ограничивает диапазон регулирования выходного напряжения, а на-личие паузы приводит « появлению в выходном напряжении нежелательных импульсов.

5. ДИАГРАММЫ УПРАВЛЯЮЩИХ СИГНАЛОВ АВТОНОМНОГО ИНВЕРТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Рассмотрим ряд схем автономных инверторов напряжения, используемых Для целей частотного регулирования двигателей. Инверторы с двухступеичатой прину* дительной коммутацией подразделяют на два .класса: с последовательной коммутирующей индуктивностью и параллельной коммутирующей индуктивностью. Внутри каждого класса они различаются нсполнеинем коммутирующей индуктивности: линейная или нелинейная (на сердечнике с прямоугольной петлей гистерезиса, подмаг-ниченном иостоянныМ током) --н устройствами подзаря-да коммутирующего конденсатора.

I. Автонотый инвертор (ЛИ) с последовательной нелинейной коммутирующей индуктивностью и подзаря-дом от специальных источников (рис. 8) [Л. 7]. В рассматриваемом инверторе комплект Др1, Ti, Тг, Гз, Т.1, Др2 образует схемный аналог полиостью управляемых вентилей. Включение каждого эквивалентного полностью управляемого вентиля осуществляется открыванием тиристоров Т{ а Гг, -а соответствующее выключение - открыванием тиристоров Гз и Г4.

Остановимся подробнее иа процессе выключения. Предположим, что ток проводит тиристор Ти и его необходимо

выключить. Ток нагрузки меньше приведенного тока подмагничивания дросселя Др}, и последний не влияет на процессы в инверторе. Конденсатор С заряжен от источника подзаряда до «апряжения Ucb> d, причем полярность напряжения соответствует шо-


Рис. 8, Автономный инвертор с нос.педовательным. нелинейным коммутирующим дрОосёлем а поя-заРидом " от специальных истопников.



казаппой iia рис, 8. Прп ошрымпн» Тя образуется кон тур разряда конденсатора: Tt-C-Ti. В результате раз ряда конденсатора ток через Л уменьшается, а через Т; и конденсатор С увеличивается, но так, что сумма обоих; токов равна току нагрузки. При снижении тока чере: тиристор fl до нуля последний выключается, и к нему прикладывается напряжение коммутирующего «онденса тора. Конденсатор С продолжает разряжаться через .диод Hi ио контуру Mi-Mpl-Tr-C. Когда ток чере дроссель Др1 достигнет значения приведенного тока об-j мотки подмагничивания, дальнейшее увеличение токг прекращается. Все напряжение конденсатора С прикла дывается к дросселю Др1; под действием ;«того напряже ния сердечник дросселя перемагничивается, При ненасы щенком состоянии сердечника дросселя через кондеиса тор С протекает ток /о, который в точке 3 делится н две части. Одна часть протекает через нагрузку, друга через диод обратного тока Д В точке 2 обе части тока! суммируются, и приведенный ток подмагничивания про текает по цепи Др1-Ть~-С. В рассматриваемом режим напряжение на нагрузке ие изменяется и остается pas-ным +V,il2, так как до начала коммутации точка S под ключена к точке 2 через открытый тиристор Ти а в про цессе коммутации через проводящий диод Дь

Рассматриваемый процесс продолжается до тех пор пока полный интеграл напряжения на коммутирующей индуктивности не станет равны нулю. Если считать, что. напряжение иа конденсаторе прикладывается только* к дросселю н потерь в контуре нет, то нулевое значение полного интеграла напряжения на дросселе наступит при перезаряде конденсатора до напряжения ~Uck, равного по величине В момент насыщения сердечника дросселя Др1 напряжение на нем уменьшается до нуля. Под действием напряжения перезарядившегося конденсатора ток через диод Ду уменьшается до нуля. Если нагрузка чисто активная, ток нагрузки спадает до нуля, и тиристор Тг выключается. Действительно, в контуре тиристора Тл действуют два напряжения: напряжение источника Сгг/2 и встречное напряжение на конденсаторе UcKUa. Разностное напряжение вызывает уменьшение тока в цепи тиристора Гз до нуля, и к «ему прикладывается в отрицательном направлении напряжение Ucu- Udl2. Если нагрузка содержит индуктивность, мгновенное спадание тока нагрузки невозможно, и ток нагрузки

замыкается через дпол Дз; прн atOM ток в пспи тиристора Гз уменьшается до нуля, и к нему прикладывается отрицательное напряжение, равное (/ск-t/d-

На основании изложенного процесс коммутации в ти-ристорном инверторе, соответствующий выключению полностью управляемого вентиля, осуществляется в два этапа:

1. При открывании очоммутирующего тиристора параллельно основному тиристору включается предварительно заряженный конденсатор. Ток основного тиристора переходит п цепь конденсатора, а напряжение конденсатора прикладывается к тиристору п параллельно к коммутирующей индуктивности. Окончание первого этапа наступает в момент равенства нулю полного интеграла напряжения иа коммутирующей индуктивности.

).. Второй этап начинается с момента спадания тока до нуля в дподе обратного тока, антнпараллельиом выключаемому тиристору (т. е. ток через коммутирующий дроссель становится равным току нагрузки), и заканчивается выключением коммутирующего тиристора.

Какой же момент в течение периода коммутации считать моментом выключения схемного аналога полностью управляемого вентиля? В § 3, 4 момент выключения идеального ключевого элемента связывался с моментом реверса напряжения на нагрузке, если последняя перед выключением являлась потребителем энергии по отношению к источнику постоянного тока. С этой точки зрения процесс выключени5} в тиристорном инверторе наступает в момент окотайт первого этапа, С этого момента можно производить включение противоположного ключевого элемента, что обеспечивается подачей управляющего сигнала на соответствующий основной тиристор инвертора Гз.

Продолжительность первого этапа равна:

ЗН£

1ачени« ti должно быть не меньше 2/8ыкя (ыш - время восстановления тиристором управляющих свойств). Фактическое значение ty не остается постоян-ным, так как Ucn и /о в принципе подвержены флуктуа-Циям, Поэтому, задаваясь при проектировании системы управления поминальным значением ty==huKn, иеоб-1Х0ДИМ0 ввести еще некоторый расчетный запас, чтобы IB инверторе из-за флуктуации не произошло включе-



НИе следующего ключевого элемента до выключений предыдущего. Разница между расчетным максимальным значением ti и фактическим и будет являться паузой между выключением одного и включением другого ключевого элемента. В реальных инверторах Время паузы /„=60-(100 мта.

Наличие паузы /пне является неизбежным, даже если время /) будет изменяться. В рассматриваемом инверторе всегда возможно определить момент окончания первого этана и обеспечить включение основного тиристора именно в этот момент. При этОм пауза в управлении будет отсутствовать. Действительно, в Момент ti полный интеграл напряжения на коммутирующем Дросселе ста новится равным нулю, дроссель насыщается, индуктивность его уменьшается, одновременно напряжение на дросселе изменяется от Uca до 0. Этот перепад напряжения, как показано в гл. 3, может быть использован в качестве сигнала окончания первото этапа коммутации.

Для тиристорных инверторов характерна инерционность ключевых элементов, связанная с неполной управляемостью вентилей. Допустим, в момент выключения схемного аналога полностью управляемого вентиля, содержащего тиристор Ti, подается управляющий сигнал на тиристор То. Необходимо определить минимальное время, через которое данный ключевой элемент может быть выключен. Для выключения Гг необходимо включить Т/,. Но во избежание короткого замыкания через коммутирующие тиристоры на Г4 пе может быть подан сигнал управления до окончания второго этапа выключения предыдущего ключевого элемента и восстановления тиристором Тз управляющих свойств. Итак, спустя время, равное /г+выкл, после открывания Гг может быть подан управляющий сигнал иа Ti, а выключение Ключевого элемента происходит спустя время ti после включения коммутирующего тиристора. Таким образом, iMhhh-мальное время замкнутого состояния Ключевого элемента равно;

= 2 + /вык л + 1.

До сих пор контур коммутации рассматривался идеальным, без потерь. Из-за потерь в контуре Д1-Др/--Гз-С напряжение Uck в действительности меньше Uch- Восстановление первоначального напряжения достигается включением тиристора Ге; при этом осу ществляется дозаряд конденсатора по цепи Ге-Др4- 18

-u3-C. Открывание тиристора Те можно производить в любой момент после окончания первого этапа коммутации. Время дозаряда коммутирующего конденсатора определяется параметрами контура подзаряда. При этом следует иметь в виду, что при неизменной средней величине тока через подзарядный тиристор амплитудное зпачепие тока уменьшается с увеличением времени доза-ряда доз. С учетом доз минимальное время замкнутого состояния ключевого элемента получается равным ti-{-tfo3+Ubwa. Поскольку доз>2, ТО Введение дополпи-тельной энергии после окончания первого этапа коммутации, компенсирующей потерИ в контуре, связано с увеличением инерционности ключевых элементов инвертора.

Проведенное рассмотрение коммутационных процессов в тиристорном инверторе позволяет перейти от диаграммы управляющих сигналов полностью управляемого вентильного элемента к диаграмме управляющих сигналов тиристорного аналога. Исходными являются импульсы управления коммутирующих тиристоров. В момент включения коммутирующего тиристора управляющий сигнал на выключаемом основном тиристоре должен отсутствовать. Спустя время ti в схеме происходят процессы, аналогичные выключению полностью управляемого вентиля.

Длительность управляюн[его сигнала основного тиристора в угловых единицах выходной частоты инвертора в пределе равна и - wf. Если характер нагрузки определен, то длительность управляющего сигнала может быть

сокращена до -g-it или даже %/3.

Одновременно с управляющими сигналами на основные тиристоры подаются "короткие импульсы па подза-рядные тиристоры. Если управляющий сигнал основного тиристора не связан с моментом окончания первого этапа коммутации, что приводит к определеппому упрощению системы, то передний фронт данного сигнала должен быть сдвинут относительно переднего фронта управляющего импульса ко.ммутирующего тиристора на время 2выкл-Ь(50-100) мкс.

Соответствующая приведенным соображениям диаграмма управляющих сигналов тиристоров инвертора дана на рис. 9.

II. Автономный инвертор с последовательной нелинейной коммутируюией индуктивностью и автоматиче-



0 1 [2] 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17


0.0354