Компенсация реактивной мощности нагрузки

В некоторых случаях применения АИР нагрузка обладает большой индуктивностью LH (например, индуктор электротермической установки). Из-за малого cos Φ h возникают трудности оптимального использования тиристоров инвертора по току и напряжению для получения требуемых мощности и напряжения нагрузки. Задачу решают подключением параллельно нагрузке конденсатора Спар (рис. 35), настроенного в резонанс с LH. Помимо указанного параллельно включенный конденсатор вызывает приближение к синусоиде кривой напряжения иH.

Таким образом, выходная цепь инвертора оказывается составленной из Рис. 34. Векторная диаграмма АИР в режиме короткого замыкания Рис. 35. Схема АИР с компенсирующим конденсатором, подключаемым параллельно нагрузке двух резонансных контуров, настроенных на одну и ту же частоту (ω = ω0). Один из колебательных контуров является последовательным (L – С), а другой (LH – RH – Cnap) – параллельным. Для параллельного колебательного контура действительна векторная диаграмма, приведенная на рис. 36.

В последовательном колебательном контуре при резонансе напряжения иС = uL и находятся в противофазе, в связи с чем к параллельному колебательному контуру и нагрузке прикладывается напряжение иН = иИ (1). В параллельном же колебательном контуре при резонансе наблюдается равенство реактивных составляющих токов IСпар = Iн р, в связи с чем ток инвертора будет определяться активной составляющей тока нагрузки IИ = IН. а. = IН cosϕ Н, а ток нагрузки

Введение компенсации позволяет уменьшить ток инвертора Iи и соответственно токи тиристоров, а питание схемы осуществить более высоким напряжением, что, в свою очередь, благоприятно сказывается на к. п. д. преобразователя. В рассмотренных схемах АИР условия для запирания проводивших тиристоров создаются на этапах токовых пауз. С увеличением частоты относительная продолжительность токовых пауз возрастает и они занимают значительную часть периода кривой тока. С ростом частоты мощность, отдаваемая в нагрузку, уменьшается, а форма кривой тока существенно отличается от синусоиды.

Конвертором называют преобразователь постоянного напряжения одного значения напряжения в другое.

В настоящее время применяют два типа конверторов:

1) преобразователи постоянного напряжения с самовозбуждением;

2) импульсные преобразователи постоянного напряжения.

Преобразователи постоянного напряжения с самовозбуждением

используют в аппаратуре малой и средней мощностей. Структурная схема такого преобразователя, изображена на рис. 9.46. С помощью этой схемы можно представить себе работу конвертора с самовозбуждением. Преобразователь с самовозбуждением ПС превращает постоянное напряжение в переменное напряжение прямоугольной формы, которое с помощью трансформатора изменяется до требуемого значения. После выпрямления выпрямителем В оно подается на сглаживающий фильтр СФ, к выходу которого подключена нагрузка ZH. В этом конверторе работа всех блоков, кроме преобразователя с самовозбуждением, рассматривалась ранее. Поэтому далее остановимся только на принципе действия блока ПС.

Рис. 9.46. Структурная схема преобразователя постоянного напряжения с самовозбуждением

В конверторах с самовозбуждением в качестве ключей применяют транзисторы, включаемые по двухтактной схеме (рис. 9.47). Рассматриваемый преобразователь представляет собой релаксационный генератор импульсов прямоугольной формы с трансформаторной положительной обратной связью. Для обеспечения такой формы генерируемых колебаний материал сердечника трансформатора должен иметь петлю гистерезиса прямоугольной формы (рис. 9.48). Наибольшее применение в подобных устройствах находит включение транзисторов по схеме с общим эмиттером, так как именно такое включение обеспечивает большой коэффициент усиления по мощности.

Работу конвертора с самовозбуждением можно разбить условно на два этапа: действие положительной обратной связи и перемагничивание сердечника. При подаче на конвертор напряжения от источника э. д. с. Е, которое следует преобразовать, в транзисторах появляются токи.

Рис. 9.47. Схема преобразователя напряжения с самовозбуждением

Рис. 9.48. Прямоугольная петля гистерезиса сердечника трансформатора

Импульсные преобразователи постоянного напряжения (ИППН) регулируют выходное напряжение путем изменения параметров входных импульсов. Чаще всего применяют широтно-импульсный (ШИР) и частотно-импульсный (ЧИР) способы регулирования. Принцип действия ИППН основан на ключевом режиме транзистора или тиристора, которые периодически прерывают цепь л дачи напряжения U0 в нагрузку (рис. 9.49). При широтно-импульном способе выходное напряжение регулируют изменением, как отмечалось ранее, длительности выходных импульсов tи (рис. 9.50) при неизменном периоде их следования Т.

Рис. 9.50. временная диаграмма выходного напряжения импульсного преобразователя.

Преимуществом импульсных преобразователей напряжения по сравнению с конверторами с самовозбуждением является то, что в ИППН в качестве ключей применяют тиристоры, которые в настоящее время выпускаются на напряжения до нескольких киловольт и на токи до сотен ампер при прямом падении напряжения, равном нескольким вольт. Это позволяет создать конверторы большой мощности (свыше 100 кВт) с высоким. д., меньшими габаритами и массой. Конверторы получили экое применение в установках, в которых первичным источником электропитания являются контактная сеть, аккумуляторы, солнечные и атомные батареи, термоэлектрические генераторы.