Что такое инверторы ведомые сетью
Перейти к содержимому

Что такое инверторы ведомые сетью

  • автор:

31. Инвертор, ведомый сетью.

Инвертированием называют процесс преобразования энергии постоянного тока в энергию переменного тока. Инверторы, ведомые сетью, осуществляют преобразование с передачей энергии в сеть переменного тока. У этих инверторов частота инвертирования определяется частотой сети.

Однофазный инвертор, ведомый сеть, со средней точкой

На рисунке 15.2 представлен инвертор, ведомый сетью со средней точкой трансформатора. В качестве источника инвертируемой энергии принята машина постоянного тока ЭМ, работающая в режиме генератора. Для того, чтобы передать энергию от электрической машины в питающую сеть без изменения направления тока, следует изменить полярность включения электрической машины на противоположную.

Рисунок 15.2 — Однофазный инвертор, ведомый сетью

Рассмотрим работу инвертора для случая чисто индуктивной нагрузки , временная диаграмма показана на рисунке 15.3.

Рисунок 15.3 — Временная диаграмма работы однофазного инвертора, ведомого сетью

Допустим, что на интервале 0-1 открыт тиристор VT2, он остается открытым даже при отрицательной полуволне напряжения , т.к. , при этом ток от электрической машины втекает в конец обмотки с напряжением , имеющий положительный потенциал, а вытекает из положительного полюса электрической машины. Таким образом, электрическая машина становится источником энергии, работает в режиме генератора, а обмотка трансформатора — потребителем. В точке 1 подается отпирающий импульс со сдвигом на угол α, открывается тиристор VT1 ( ), напряжение скачком переходит с кривой напряжения на кривую напряжения . При этом к тиристору VT2 прикладывается обратное напряжение со всей вторичной обмотки (плюс на катод, минус на анод), что приводит к запиранию тиристора VT2 и переходу тока на тиристор VT1. При большой величине ток , а токи тиристоров имеют форму прямоугольных импульсов. Тиристор VT1 остается открытым на интервале 1-3 , на интервале 2-3 тиристор поддерживается открытым за счет электрической машины . На этом интервале ток втекает в конец обмотки с напряжением , имеющий положительный потенциал, а вытекает из положительного полюса электрической машины. Таким образом, и в этом случае, электрическая машина становится источником энергии, работает в режиме генератора, а обмотка трансформатора — потребителем. Рассматривая ток и напряжение , можно сделать вывод , что на участках 0-1 и 2-3 ток и напряжение находятся в противофазе, следовательно, питающая сеть является потребителем энергии.

Кривая дает мгновенные значения противо-э.д.с., которую вырабатывает инвертор. Среднее значение противо-э.д.с. зависит от угла , который называется углом опережения открывания тиристоров

Если учесть, что , то получим уравнение обобщенной регулировочной характеристики

Регулировочная характеристика (рисунок 15.4) показывает, что если , напряжение на выходе преобразователя положительно и преобразователь работает в режиме выпрямителя. Если , напряжение меняет знак и преобразователь переходит в режим инвертора. Таким образом, преобразователь путем изменения может переводиться из выпрямительного режима в инверторный и обратно, при соответствующем изменении полярности включения электрической машины. Наибольшее значение противо-э.д.с. равное развивается при . Однако уменьшать меньше некоторого значения нельзя. На интервале 3-4, который равен углу , создается отрицательное напряжение, запирающее тиристор. Этот интервал отводится на закрытие тиристора и должен иметь длительность достаточную, чтобы тиристор восстановил свои запирающие свойства

где — время восстановления запирающих свойств тиристора, является одним из основных динамических параметров тиристоров.

Рисунок 15.4 — Обобщенная регулировочная характеристика выпрямителя — инвертора

ЭМПС / Лекции ЭМПС / Инверторы, ведомые сетью

Как уже отмечалось, инвертированием называется процесс преобразования энергии постоянного тока в энергию перемен­ного тока. Если при этом приемная часть такого преобразователя (на­грузка) не имеет других источников питания, то инвертор называется автономным. Если же инвертор преобразует энергию постоянного тока и отдает ее в сеть, где есть дру­гие источники, то он называется инвертором, ведомым сетью (ИВС), или просто ведомым.

ИВС выполняют практически по таким же схемам, что и управляе­мые выпрямители. На рис. 1, а показана простейшая схема одно­фазного двухполупериодного ИВС. В качестве источника энергии ис­пользуется обычная машина постоянного тока МПТ, которая может работать в режиме как двигателя, так и генератора.

Рис. 1. Однофазный ведомый ин­вертор (а) и диаграммы его работы (б-д)

Выходным звеном инвертора, работающего на сеть переменного то­ка, является трансформатор, параметры которого (количество обмоток и число витков) определяют значение и число фаз получаемого пере­менного напряжения. Для получения такого напряжения необходимо обеспечить периодический переход тока из одной обмотки в другую. Это достигается путем прерывания постоянного тока и распределения его по фазам трансформатора с помощью управляемых вентилей.

Чтобы изменить направление потока энергии, следует изменить знак мощности , развиваемой выпрямителем. Так как направ­ление тока изменить нельзя вследствие односторонней проводимости тиристоров, то изменить знак Pd можно только изменением знака Ud, что достигается в управляемом выпрямителе увеличением угла управ­ления .

При выпрямлении источником энергии является сеть, поэтому при () кривая тока i1, потребляемого от сети, совпадает по фазе с напряжением питания U1 (рис. 1,6). Если , то форма тока i1 близка к прямоугольной, тиристор VD1 работает в первом полу­периоде, VD2 — во втором и машина работает в двигательном режиме (рис. 1, в, полярность на клеммах указана на рис. 1, а).

При работе схемы в качестве инвертора источником питания слу­жит машина постоянного тока, причем полярность на ее клеммах — обратная (на рис. 1, а в скобках). Изменение полярности источника постоянного тока — одно из обязательных условий перехода схемы в режим инвертирования. При этом фазовый сдвиг между i1 и U1 со­ставит 180° (рис. 1,г), а тиристоры будут работать в обратной по­следовательности: в первом полупериоде — VD2, во втором — VD1 (рис. 1, д).

Таким образом, тиристоры находятся в открытом состоянии при отрицательной полярности напряжений вторичных обмоток трансфор­матора, при этом осуществляются поочередное подключение обмоток трансформатора через дроссель к источнику постоянного тока и пере­дача энергии в сеть.

Ранее проводивший тиристор запирается под действием обратного напряжения сети со стороны вторичных обмоток, отсюда и название инвертора — ведомый.

К ранее проводившему тиристору при отпирании очередного прикладывается обратное напряжение, равное сумме напряжений двух вторичных обмоток только в том случае, если очередной тиристор отпирается в момент, когда на подключенной к нему обмотке имеет место напряжение положительной полярности. Т. е. реальное значение угла должно быть меньше на некоторый угол , иначе говоря , или , или (рис. 2).

Рис. 2. Диаграмма работы тиристора в ИВС

Если же очередной тиристор будет отпираться при , то условие запирания ранее проводившего тиристора не будет выполнено, он оста­нется открытым, будет создана цепь короткого замыкания источника постоянного тока через вторичные обмот­ки трансформатора и ИВС выйдет из строя. Такое явление называется опрокидыва­нием инвертора.

Таким образом, второе условие пере­хода схемы в режим инвертирования — протекание тока через тиристоры при от­рицательном напряжении на обмотках.

Рассмотрим работу однофазного ИВС подробнее (рис. 3). В схеме предпо­лагается , поэтому входной ток ин­вертора идеально сглажен.

На интервале проводит тиристор VD2, его анодный ток , равный id, проте­кает под действием ЭДС Ed источника по­стоянного тока (генератора) через вторич­ную обмотку трансформатора навстречу напряжению . Полуволна напряжения отрицательной поляр­ности определяет на этом интервале напряжение Ud инвертора. По окончании интервала , т. е. с опережением на угол относительно точки , подачей управляющего сигнала отпирается тиристор VD1. Ввиду наличия индуктивностей и в анодных целях тиристоров наступает интервал коммутации — период перехода тока с VD2 на VD1, в течение которого . По окончании этого интервала VD2 заперт, VD1 открыт и . На интервале от ( — угол, в течение которого к VD2 приложено обратное напряжение для вос­становления его запирающих свойств) до угла ток от генератора протекает через другую половину вторичной обмотки трансформатора и VD1. Участок напряжения (отрицательной полярности) опреде­ляет Ud инвертора на этом интервале, и т. д.

Рис. 3. Диаграмма работы однофазного ИВС

Заштрихованные участки (рис. 3, а) определяют отрицательный знак напряжения Ud, противоположный режиму выпрямления.

Кривая напряжения на тиристоре (рис. 3, в) определяется сум­мой напряжений на вторичных обмотках трансформатора: максималь­ное прямое напряжение равно , обратное — . Дли­тельность действия обратного напряжения на тиристоре должна обес­печить надежное его запирание, т.е. . На рис. 3, г приведены кривые напряжения сети U1 и отдаваемого в сеть тока i1, амплитуда тока равна .

Так как коммутационные процессы в управляемом выпрямителе и ведомом инверторе сходны, то соотношения для периода коммутации в УВ можно использовать и в ИВС при условии подстановки . Тогда

,

т.е. .

При неизменных угле опережения и напряжении U2 для увеличе­ния инвертируемого тока Id необходимо уменьшить разность за счет роста угла коммутации, т. е. увеличение инвертируемого тока приводит к уменьшению времени действия запирающего напряжения на выключаемом вентиле. Таким образом, критерием выбора угла является обеспечение при необходимого угла , требуемого для надежного запирания тиристора с целью исключить опрокидыва­ния инвертора.

, (*)

.

Если не учитывать активное сопротивление в цепи источника пи­тания, то его ЭДС будет равна Ud, причем последнее имеет, как видно, отрицательную полярность, а коммутационное падение напряжения будет прибавляться к Ud .

Если принять , то

.

,

или ,

где .

Иначе говоря, при и замене на уравнение инвертора аналогично уравнению УВ.

На рис. 4 приведена обобщенная характеристика преобразова­теля, ведомого сетью, из которой видно, что в пределах угла регули­рования он работает в режиме управляемого выпрямителя, а при — в режиме ИВС.

Рис. 4. Обобщенная характе­ристика тиристорного преобра­зователя

Коммутационное падение напряжения (за полупериод) можно вычислить так:

(**)

.

,

то после подстановки

.

Так как в инверторе Ed = Ud, то повышение Ed приводит к увеличению Id, т. е. увеличивается мощность, отдаваемая инвертором в сеть.

Зависимость напряжения Ed, питающего ИВС, от тока Id называется входной характеристикой инвертора. Уравнение характеристики опре­деляется из уравнений (*) и (**):

,

.

Как видно, разница между входной характеристикой ИВС и внеш­ней характеристикой УВ заключается в замене угла на угол и в зна­ке коммутационного падения напряжения.

Входные характеристики ИВС приведены на рис. 5. Из него видно, что для каждого угла регулирование с увеличением Id рас­тет Ed, причем при этом происходит уменьшение (времени, пре­доставляемого тиристорам для восстановления запирающих свойств). При достижении током некоторого значения угол становится крити­ческим. При дальнейшем увеличении тока происходит опрокидыва­ние тиристора.

Рис. 5. Входные характеристики ИВС

Так как с уменьшением допускаемый ток ИВС уменьшается, то на том же графике можно построить так называемую ограничительную характеристику, соответствующую предельным значениям , при ко­торых еще не происходит опрокидывания инвертора. Уравнение этой характеристики может быть получено следующим образом:

,

.

Подставив это выражение в уравнение входной характеристики ИВС, можно получить

Коэффициент мощности ИВС , где . При и (критический режим)

, .

Трехфазные инверторы применяются значительно чаще чем одно­фазные. Схема трехфазного ИВС подобна схеме Ларионова, только вместо нагрузки последовательно с дросселем включается источник постоянного тока, а выходной частью схемы служит первичная обмот­ка трансформатора, включенная на ведомую сеть. Характеристики и параметры трехфазного ИВС аналогичны рассмотренным.

РЕВЕРСИВНЫЕ УПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

Во многих случаях в энергетических установках тре­буется получать в нагрузке напряжение постоянного тока различной полярности при питании ее от сети переменного тока, а часто необхо­димо обеспечить и возврат энергии в сеть. К таким установкам отно­сятся в первую очередь электрические машины постоянного тока, работающие в системе электропривода грузоподъемных устройств (кранов, лебедок), а также гребные электрические установки перемен­но-постоянного тока с регулируемыми УВ. Для обеспечения указан­ных режимов применяются так называемые реверсивные УВ (РУВ), без каких-либо контактных переключателей.

Такие РУВ представляют собой два обычных, чаще всего трехфаз­ных мостовых УВ, включаемых по одной из схем, приведенных на рис. 6.

Схема а — перекрестная, требует раздельного питания мостов от отдельных обмоток, поэтому используется реже. Схема б выполнена так, что оба УВ, включенные встречно-параллельно, получают питание от одной вторичной обмотки трансформатора или просто от сети. Реакторы L1-L4 могут быть независимыми, а могут быть выполнены попарно на общих магнитопроводах.

Рис. 6. Схемы реверсивных УВ

Различают два режима управления тиристорными группами РУВ -раздельное и совместное. При более простом, раздельном управлении тиристорные мосты рабо­тают по очереди. Например, чтобы обеспечить полярность напряжения на нагрузке, указанную на рис. 6, б, мост I ра­ботает в режиме выпря­мителя, причем величина напряжения и, следова­тельно, частота вращения машины постоянного то­ка (МПТ) определяются углом регулирования (при напряжение максимально). При необ­ходимости затормозить и остановить МПТ мост I переводится в инверторный режим (), происходит отдача энергии от МПТ, работающей в режиме генератора, в сеть, а когда МПТ останавливается и ее необходимо реверсировать, включается в работу мост II в выпрямительном режиме. После выключения одного моста перед включением другого необходимо обеспечить некоторую паузу, пока ток через тиристоры ранее работавшего моста не спадет до нуля и не произойдет надежное запирание тиристоров. Эта пауза (5 . 20 мс) приводит к некоторому уменьшению быстродействия в переходных режимах электропривода, но для МПТ большой мощности это время практически неощутимо. Для контроля спадания токов в мостах до нуля в схемах предусматриваются специальные датчики тока, сигнал с которых заводится в схему управления. Реакторы между мостами в принципе не нужны, но для исключения режимов прерывистых то­ков, что неблагоприятно отражается на МПТ, в цепи ее якоря должна быть достаточно большая индуктивность.

При совместном управлении сигналы на управляющие электроды подаются на тиристоры обоих мостов, один из которых работает в ре­жиме выпрямления, второй — в режиме инвертирования. Для предот­вращения появления значительных уравнительных токов необходимо, чтобы средние значения напряжений выпрямителя и инвертора были бы равны, т. е. , а для этого необходимо, чтобы

, или ,

или , т. e. .

При недоиспользуется мощность РУВ, а при возникают значительные уравнительные токи. Если в режиме выпрямления работает мост I, а в режиме инвертирования — мост II, то , или .

При изменении направления тока через нагрузку и изменении режимов работы мостов .

Для пояснения процессов пуска, торможения и реверсирования двигателя постоянного тока, питающегося от РУВ, удобно рассмотреть совмещенные внешние характеристики такого преобразователя (рис. 7).

Если необходимо обеспечить пуск МПТ в сторону, определяемую полярностью, указанной на рис. 6, б, осуществляется подача управ­ляющих сигналов на тиристоры моста I с углом , близким к 90°. Дви­гатель начинает разгоняться до небольшой скорости, определяемой . Для дальнейшего увеличения частоты вращения МПТ надо увеличивать , что производится уменьшением угла моста I соот­ветственно до значения . При этом происходит переход рабочей точки с одной внешней характеристики на другую по линиям, показан­ным пунктиром, наклон которых зависит от темпа пуска МПТ и вели­чины индуктивности в цепи якоря. Чтобы не допустить слишком боль­ших токов (больше ), необходимо ограничивать темп изменения . Если схема управления будет настроена на поддержание , то разгон двигателя будет идти практически по линии до дости­жения внешней характеристики УВ, соответствующей заданному углу (например, ), и далее двигатель будет работать в точке пересече­ния этой внешней характеристики и линии Мс=const, если в схеме уп­равления не предусмотрена дополнительная обратная связь, обеспечи­вающая n=const. В этом режиме работает мост I, мост II не используется.

Рис. 7. Диаграмма работы РУВ на электропривод

При необходимости торможения двигателя угол увеличивают, например с до , что эквивалентно для моста II характеристике ; рабочая точка переходит во II квадрант, включается второй мост, отключается первый и дальнейшее торможение (с отдачей энергии в сеть) проводится изменением угла до , т. е. до полной останов­ки двигателя. Для получения максимальной скорости процесса тор­можения тормозной ток следует, регулируя угол , поддерживать на уровне, близком к . При дальнейшем изменении угла регулирова­ния второго моста можно обеспечить пуск МПТ в обратном направ­лении.

Диаграмма напряжений на мостах РУВ приведена на рис. 8. Реверсивный управляемый выпрямитель с совместным управле­нием мостов позволяет обеспечить высокие динамические качества электропривода постоянного тока, однако у него есть и два больших недостатка — повышенные требования к схемам управления мостов для точного обеспечения равенства , а также неизбеж­ность появления уравнительных токов между мостами. Эти токи возникают как следствие неравенства мгновенных значений напря­жений и , создаваемых мостами, работающими соответственно в выпрямительном и инверторном режимах (при равенстве средних значений). Если мост I работает как выпрямитель, а мост II — как ин­вертор, то при имеет место разность напряжений (рис. 8, б). Уравнительный ток протекает по внутреннему контуру, образуемому открытыми тиристорами (в данный момент) и обмотками трансформа­тора. Так, на интервале уравнительный ток протекает через тиристо­ры 5 и 6 моста I и 4 и 5 моста II (расположение диодов в мостах пока­зано на рис. трехфазного мостового УВ). Так как сопротивления этих контуров очень не­велики, для ограничения уравнительного тока необходимо применять специальные меры, например включать в цепь реакторы.

Рис. 8. Диаграмма напряжений на мостах РУВ

Индуктивность реакторов рассчитывают из условия ограничения уравнительных токов до уровня . Естественно, с применением реакторов ухудшаются массогабаритные показатели РУВ, увеличи­ваются потери в вентилях и обмотках трансформатора, требуются дополнительные меры по охлаждению элементов схемы. Поэтому РУВ с совместным управлением следует использовать при создании быстро­действующих, относительно малоинерционных приводов.

Необходимо иметь в виду, что уравнительные токи возникают и в РУВ, выполненном по перекрестной схеме, но так как частота этих токов в два раза больше, чем во встречно-параллельной схеме, то габариты реакторов соответственно меньше.

Для получения в нагрузке регулируемого напряжения постоян­ного тока любой полярности можно применять схему (рис. 9), включающую один трехфазный УВ с одной схемой управления, кото­рый может работать как в выпрямительном, так и в инверторном ре­жиме, и тиристорный переключатель полярности VD7, VD10. При включении VD7 и VD10 ток по нагрузке протекает слева направо, при включении VD8 и VD9 — в обратном направлении.

Рис. 9. РУВ с тиристорным переключателем полярности

Так как в схему управления этими тиристорами можно не вклю­чать устройства фазового управления, а предусмотреть только бло­кировку переключения при , то все устрой­ство получается дешевле, проще и не требует защиты от уравнитель­ных токов. Но, как и в схеме с раздельным уп­равлением тиристорных мостов, в этой схеме следует учесть бестоко­вую паузу.

Зависимые, ведомые сетью инверторы

В электротяговых системах применяются ведомые сетью инверторы однофазного и трехфазного тока. Трехфазные инверторы применяются также в промышленном электроприводе.

Ведомые инверторы выполняются по тем же схемам, что и управляемые выпрямители. Управление режимом работы инвертора должно быть таким, чтобы обеспечивалась коммутация тиристоров благодаря ЭДС сети.

Схема зависимого инвертора

Рис. 5.2. Схема зависимого инвертора

На рис. 5.2 приведена схема зависимого инвертора, который применяется при рекуперативном торможении, а на рис. 5.3 — временные диаграммы работы зависимого инвертора.

Изменение направления потока энергии требует изменения знака мощности, развиваемой выпрямителем, что может быть достигнуто за счет изменения направления тока или напряжения. Изменить направление тока невозможно, так как тиристоры обладают односторонней проводимостью, поэтому изменение знака мощности достигается путем изменения угла регулирования ар. Чем больше угол регулирования, тем меньше будет выпрямленное напряжение, которое может достигнуть значения, меньшего величины ЭДС, возникшей на зажимах электрической машины, если ее перевести в режим генератора, начиная вращать якорь от постороннего источника энергии.

Допустим, что при ар = 60° среднее выпрямленное напряжение на зажимах электрического двигателя Udр = t/pcos ар. Преобразователь работает как выпрямитель для электрического двигателя, ЭДС которого равна Еа и находится ниже оси абсцисс (см. рис. 5.3, а). При ар = 90° среднее выпрямленное напряжение Ud^ = 0, и преобразователь потребляет из сети только реактивную мощность, так как постоянная составляющая выпрямленного тока равна нулю (см. рис. 5.3, б). Для перехода в инверторный режим необходимо изменить направление тока в двигателе, т.е. перевести в генераторный режим и одновременно увеличить угол регулирования ар до значений, превышающих 90°. Вследствие этого тиристоры VS1 и VS2 открываются и проводят ток в основном при отрицательных значениях напряжения на вторичной обмотке (см. рис. 5.3, в) благодаря положительному напряжению генератора, которое поступает на аноды тиристоров через вторичные обмотки трансформатора. При этом среднее напряжение преобразователя Udn становится отрицательным и определяется как Udn = cos а (см. рис. 5.3, г). Если это

Временные диаграммы работы зависимого инвертора напряжение будет меньше ЭДС генератора Е, то ток через нагрузку направление не изменит и будет определяться выражением

Рис. 5.3. Временные диаграммы работы зависимого инвертора напряжение будет меньше ЭДС генератора Еа, то ток через нагрузку направление не изменит и будет определяться выражением

Таким образом, трансформатор преобразователя перешел в режим потребителя или в режим нагрузки генератора, а его напряжение является как бы встречной ЭДС для генератора. Значение Ud будет тем больше, чем больше угол регулирования ар. В режиме инвертирования угол управления тиристорным преобразователем называют углом опережения управления (или углом инвертирования) и обозначают буквой р.

Устойчивая работа инвертора определяется значением угла 5, в течение которого должны восстанавливаться запирающие свойства тиристора и выполняться условие 8min > (р/восст (где /восст — время восстановления запирающих свойств тиристора). При 8 тг/2 выпрямленное напряжение Ud становится отрицательным. Если в этом режиме в цепь нагрузки включить источник ЭДС постоянного тока Е (генератор), то в цепи поддерживается ток id. При этом питающая сеть создает противо-ЭДС.

На интервале 1—2 тиристоры VS2, VS4 проводят ток (рис. 5.4, б). Напряжение и2 вторичной обмотки трансформатора Т через эти тиристоры подается в цепь постоянного тока навстречу ЭДС Е источника постоянного тока. Так как мгновенное значение и2 Е, что приводит к уменьшению токов id и /2.

В момент 3 на тиристоры VS1 и VS3 подаются импульсы управления со сдвигом относительно точки 1 на угол а. Эти тиристоры переходят в открытое состояние, так как к их анодам приложен со стороны питающей сети положительный потенциал относительно катода. Ток нагрузки переключается на тиристоры VS1, VS3, а тиристоры VS2, VS4 обесточиваются и запираются обратным напряжением от питающей сети. Происходит естественная (сетевая) коммутация тиристоров. Поэтому инверторы называются ведомые сетью. Если индуктивность Ld = 0, коммутация мгновенная.

На интервале 3—4 противо-ЭДС и2 и ЭДС Е совпадают по направлению и ток id быстро нарастает. В точке 4 и2 меняет знак, но ток id сохраняет направление. Затем на интервале 5—6 и2 вновь превышает Е и ток id уменьшается. Далее процессы повторяются, и в обмотках трансформатора формируются токи /2 и /1? близкие к прямоугольной форме.

Среднее значение мгновенной мощности первичной обмотки отрицательно, в контуре постоянного тока средняя мощность тоже отрицательна. Происходит передача энергии из цепи постоянного тока в цепь переменного тока (инвертирование).

Трехфазные инверторы. Электромагнитные процессы в трехфазном мостовом инверторе подобны процессам в рассмотренном однофазном инверторе. Связь между углами аир сохраняется, т.е. Р = па. При а > 90° напряжение ud формируется участками линейных напряжений отрицательной полярности. Напряжение ud отрицательно и выполняет функцию противо-ЭДС инвертора. Принцип построения кривой ud тот же, что и для схемы выпрямителя. При работе инвертора должно соблюдаться условие опережения включения очередного тиристора на угол р > 10—15° для обеспечения устойчивого выключения тиристора, выходящего из проводящего состояния.

В реальных условиях анодная индуктивность имеет конечное значение и отличается от нуля, что влияет на процесс коммутации ведомых сетью инверторов. Процесс коммутации происходит на интервале коммутации, называемом углом коммутации у.

Интервал коммутации у при заданном угле управления а уменьшает интервал, в течение которого к тиристору, выходящему из состояния высокой проводимости, прикладывается обратное напряжение, необходимое для восстановления его запирающих свойств. Этот оставшийся интервал приложения к тиристору обратного напряжения обозначается углом 5, называемым послекоммутационным углом инвертора или углом запаса инвертора. Для обеспечения гарантированного выключения тиристоров до момента приложения к ним прямого напряжения послекоммутационный угол не должен быть меньше некоторого минимального значения 5min, определяемого временем выключения тиристоров. С учетом запаса угол 5min принимается не менее 10—15°.

Инверторы, ведомые сетью

Инвертирование — преобразование электроэнергии постоянного тока в энергию переменного тока. Термин «инвертор» происходит от латинского слова inversio — переворачивание, перестановка. Впервые в силовой электронике этот термин был введен для обозначения процесса, обратного выпрямлению. При инвертировании поток электрической энергии меняет свое направление на обратное м поступает от источника постоянного тока в сеть переменного тока. Преобразователь, работающий в этом режиме, называется инвертором, ведомым сетью, так как коммутация его вентилей осуществляется под действием переменного напряжения внешней сети [3]. Поскольку электрические параметры преобразователя в этом случае полностью определяются параметрами внешней сети переменного тока, его также иногда называют зависимым инвертором.

Принцип действия инвертора, ведомого сетью, рассмотрим на примере простейшей схемы, представленной на рис. 3.12, а. Допустим, что элементы схемы идеальные, а внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи (АБ) равно нулю. На рис. 3.12,6 представлены диаграммы напряжений и тока, иллюстрирующие работу схемы в выпрямительном режиме. При допущении равенства нулю внутренних сопротивлений источников переменного и постоянного токов можно считать, что их напряжения равны ЭДС, т.е. е аь = и аь и Ддб = НЛБ. Если вывод «плюс» батареи соединен так, как показано на рис. 3.12, я пунктиром, то схема может работать в режиме выпрямления с нагрузкой в виде противо-ЭДС, что соответствует режиму заряда АБ. При изменении полярности АБ возможна работа схемы в режиме инвертирования. Рассмотрим эти процессы более подробно.

При подаче на тиристор управляющего импульса в момент 9 = 0,, определяемый углом управления а, тиристор включается и из сети в батарею АБ начинает поступать ток id. Благодаря сглаживающему дросселю Ld ток id будет плавно изменяться во времени: увеличиваться, пока uah> Ud, и уменьшаться при Ud>uab. В момент 9., (соответствующий равенству заштрихованных площадей на рис. 3.12,6) ток id становится равным нулю, а тиристор VS выключается. Протекание через тиристор тока id на интервале от 92 до 93, когда Ud > ullh, обусловлено накоплением электромагнитной энергии в дросселе Ld. Далее рассмотренные процессы периодически повторяются, в результате чего батарея АБ будет заряжаться выпрямленным током (ток id направлен навстречу ЭДС ЕАЪ).

Для перевода схемы в инверторный режим необходимо переключить полярность батареи. Передача энергии от одного источника к другому происходит тогда, когда ток от отдающего источника направлен навстречу ЭДС источника, принимающего эту энергию. В рассматриваемом случае передача энергии в сеть от аккумуляторной батареи будет происходить, когда ЭДС сети enh направлена навстречу току id. На рис. 3.12, в представлены диаграммы напряжений и тока в элементах схемы для инверторного режима. Если в момент 9, на тиристор VS подать управляющий импульс, то тиристор включится, так как к нему приложено положительное напряжение. Прямое напряжение на тиристоре существует вплоть до момента 92. Начи-

Puc. 3.12. Однополупериодный реверсивный преобразователь:

a — схема; б — диаграммы работы в выпрямительном режиме; в — диаграммы работы

в инверторном режиме

ная с этого момента, напряжение иаЬ по абсолютному значению больше ЭДС ?лб. Под воздействием разности напряжений иоЬ — Ud ток id начинает убывать, а энергия передастся от источника в сеть, так как ток противоположен по знаку напряжению сети. Наличие в схеме сглаживающего дросселя Ld ограничивает скорость нарастания этого тока и его максимальное значение. За счет энергии, накапливаемой в дросселе, ток продолжает протекать через тиристор после того, как напряжение иаЪ по абсолютному значению становится больше напряжения Ud> и станет равным нулю в момент Э3, соответствующий равенству заштрихованных областей на рис. 3.12, в.

Схемы зависимых инверторов по существу не отличаются от схем управляемых выпрямителей. Поэтому они могут рассматриваться как схемы реверсивных преобразователей, способных передавать электрическую энергию из сети в источник постоянного тока (выпрямительный режим) и наоборот (инверторный режим). Такие преобразователи, преобразующие переменный ток в постоянный и (или) наоборот, называются преобразователями переменного/постоянного тока.

Учитывая, что схема однополупериодпого инвертора из-за плохих технико-экономических показателей не нашла распространения, рассмотрим работу в инверторном режиме однофазной двухполуиериодной мостовой схемы и трехфазной мостовой схемы. Последняя получила наибольшее применение в инверторах средней и большой мощности. Предварительно более детально остановимся на процессе перехода от выпрямительного режима к инверторному. При этом примем допущения идеальности элементов преобразователей и источников (приемников) постоянного тока.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *