выпрямителя 6 страница

- последовательный инвертор (инвертор без обратных диодов);

- параллельный инвертор (инверторы с обратными диодами).

Рассмотрим работу АРИ на примере схемы мостового АРИ, с последовательным включением конденсатора (рис. 7.16).

Схема состоит из инверторного моста на тиристорах Т₁ – Т₄. В цепь нагрузки L_н R_н (в диагональ моста) последовательно подключен конденсатора С, и дополнительный дроссель L_н нагрузки. Цепь (L + L_н) R_н C_н представляет собой последовательный колебательный контур с высокой добротностью (для чего R_н должно быть мало) и резонансной частотой f₀ (частотой перезаряда конденсатора), равной

Рис. 7.16. Схема резонансного инвертора без обратных диодов

f₀ = . (7.3)

Кривая тока выходной цепи инвертора ι_и(t) (тока нагрузки ι_н) формируется отпиранием двух накрест расположенных тиристоров инверторного моста (рис. 7.17, а, б). Характер изменения тока инвертора во времени ι_и(t) обусловливается колебательным процессом перезаряда конденсатора последовательного колебательного контура, образованного реактивными элементами выходной цепи инвертора, при подключении конденсатора С проводящими тиристорами к источнику питания Е.

В данной схеме частота собственных колебаний конденсатора f₀ связана с выходной частотой f инвертора соотношением f₀ > f (f – частота следования отпирающих импульсов на тиристоры инверторного моста). При f₀ > f, колебательные процессы перезаряда конденсатора заканчиваются до отпирания очередной пары тиристоров инвертора, а в кривых тока нагрузки и источника питания создаются паузы. При этом закон изменения тока нагрузки ι_н = ι_и. близок к синусоидальному закону (рис. 7.17, а, в, г). Токовая пауза необходима для запирания проводившей пары тиристоров перед отпиранием очередной пары.

Рис. 7.17. Временные диаграммы, характеризующие работу последовательного резонансного инвертора

Например, в момент времени t₀ (рис. 7.17, а) подают управляющие импульсы на тиристоры Т₃ и Т₄, направление тока в колебательном контуре показано на рисунке. Конденсатор С заряжается до напряжения U_Cm, полярность которого показана на рис. 7.16. В момент времени t₁ ток ι_н = ι_и контура, который изменялся по синусоидальному закону, спадает до нуля (рис. 7.17, в). Тиристоры Т₃ и Т₄ запираются под действием запирающего обратного напряжения, равного (U_Cm – Е)/2 (рис. 7.17, е). Длительность перезарядных процессов конденсатора равная половине периода собственных колебаний контура Т₀/2 = 1/2 f₀, определяет длительности открытого состояния тиристоров и двухполярных импульсов кривой напряжения инвертора (рис. 7.17, б). В момент времени t₂ подаются отпирающие импульсы на тиристоры Т₁ и Т₂. Направление тока ι_н на интервале t₂ – t₃ изменяется на противоположное. Далее процессы в схеме повторяются.

Наличие в кривой тока нагрузки пауз характеризует работу АРИ с естественным режимом запирания тиристоров. Длительность паузы должна быть не менее времени выключения тиристоров. Время, предоставляемое тиристору для восстановления запирающих свойств t_п.в определяется соотношением

t_п.в = _запt_в, (7.4)

где k_зап = 1,2 -1,5 – коэффициент запаса;

t_в – время выключения тиристора.

В последовательном инверторе условия для запирания проводивших тиристоров создаются на этапах токовых пауз в кривой ι_и(t). С увеличением частоты относительная продолжительность токовых пауз возрастает, и паузы занимают значительную часть периода кривой ι_и(t). С ростом частоты мощность, отдаваемая в нагрузку, уменьшается, а форма кривой ι_и(t) существенно отличается от синусоиды.

Чтобы улучшить показатели резонансного инвертора при переходе в область промышленных частот (от 2-3 до 5-10 кГц) исходную схему инвертора (рис. 7.16) дополняют обратными диодами, как показано на рис. 7.18. Дроссель L, как и в схеме 7.16, вводят при малой величине индуктивности нагрузки L_н.

Рис. 7.18. Схема резонансного инвертора с обратными диодами

Особенностью процессов, протекающих в данной схеме, является тот факт, что каждый такт отпирания накрест расположенных тиристоров сопровождается формированием двух полуволн кривой тока нагрузки. Первая полуволна обусловливается колебательным процессом перезаряда конденсатора от источника питания Е через открытую пару тиристоров, а вторая процессом обратного перезаряда конденсатора через шунтирующие их обратные диоды.

При наличии обратных диодов возможны два режима работы АРИ:

- режим прерывистого тока;

- режим непрерывного тока.

Режиму прерывистого тока нагрузки отвечает соотношение частот ω₀ > 2ω, где ω₀ = 2π/ Т₀ – собственная частота выходной цепи, а ω = 2π/ Т – выходная частота инвертора. Работу схемы в режиме прерывистых токов иллюстрируют временные диаграммы, приведенные на рис. 7.19, в режиме непрерывного тока нагрузки – на рис. 7.20.

Рассмотрим работу инвертора в режиме непрерывного тока нагрузки. В момент времени t₀ происходит отпирание тиристоров Т₃, Т₄. При этом создается контур колебательного перезаряда конденсатора С в цепи с источником питания Е, нагрузкой Z_н и дросселем L (рис.7.19, а, б). В этой цепи, на интервале t₀ – t₁ формируется полуволна тока ι_н (рис. 7.19, б).

К моменту времени t₁ ток ι_н и токи тиристоров Т₃, Т₄ уменьшаются до нуля (рис. 7.19, г).За счет наличия в цепи перезаряда источника питания, напряжение на конденсаторе в момент времени t₁ (рис. 7.19, в) превышает напряжение источника Е (полярность напряжения на конденсаторе указана на рис. 7.19 без скобок). Вследствие этого с момента времени t₁ наступает второй полупериод колебательного (обратного) перезаряда конденсатора по цепи с диодами Д₃, Д₄.

Рис. 7.19. Временные диаграммы, характеризующие процессы в инверторе в режиме прерывистого тока нагрузки

Процесс продолжается на интервале t₁ – t₂ (рис. 7.19, б), в течение которого энергия, накопленная в конденсаторе, отдается в цепь источника питания и нагрузки. К тиристорам Т₃, Т₄ (рис.7.19, е) прикладывается обратное напряжение, равное падению напряжения на диодах Д₃, Д₄ (0,8 – 1,2 В) от протекания через них тока нагрузки (рис. 7.19, д).

К моменту времени t₂ ток нагрузки ι_н уменьшается до нуля, диоды Д₃, Д₄ запираются. Напряжение на конденсаторе снижается до уровня ιι_с < Е (рис.7.19, в) и остается неизменным до отпирания очередной пары тиристоров.

На интервале t₂ – t₃ ток ι_н = 0 (рис. 7.19, б) и к тиристорам Т₃, Т₄ прикладывается напряжение в прямом направлении, равное половине разности напряжений источника питания и конденсатора (Е – U_с)/2 (рис. 7.19, е).

В момент времени t₃ отпираются тиристоры Т₁, Т₂ и происходят аналогичные процессы перезаряда конденсатора: на интервале t₃ – t₄ - с проводящими тиристорами Т₁ и Т₂, на интервале t₄ – t₅ – с проводящими диодами Д₁ и Д₂. Далее процессы в схеме повторяются.

Обратимся к рисунку 7.20. Режиму непрерывного тока соответствует соотношение собственной резонансной частоты выходной цепи и частоты следования управляющих импульсов, при котором ω₀ < 2ω или Т₀ > Т / 2.

Очередное отпирание тиристоров, при работе инвертора в режиме непрерывного тока нагрузки, осуществляется до завершения перезаряда конденсатора в цепи с обратными диодами. В связи с этим кривые тока нагрузки и напряжения на конденсаторе приближаются к синусоидальной форме (рис. 7.20, а-в).

Необходимые условия для запирания тиристоров по окончании их интервала проводимости создаются в процессе формирования тока нагрузки, когда проводят ток обратные диоды (рис. 7.20, б,д,е).

Рис. 7.20. Временные диаграммы, характеризующие процессы

в инверторе в режиме непрерывного тока нагрузки

При работе резонансного инвертора в режиме прерывистого тока мощность в нагрузке меньше, а кривые тока и напряжения на нагрузке сильнее отличаются от синусоиды, чем в режиме непрерывного тока. Поэтому на практике преимущественное применение находит режим непрерывного тока нагрузки.

Чтобы приблизить кривую напряжения на нагрузке к синусоидальной, часто параллельно нагрузке включают конденсатор (последовательно-параллельный инвертор).

ЛИТЕРАТУРА