Инверторы тока.

4.3.1. Параллельный инвертор тока.

Рассмотрим работу инвертора тока на схеме однофазного мостового параллельного (рис.42,а).

Коммутирующая емкость на выходе инвертора подключена параллельно нагрузке.

Допущения: L_d = ∞; тиристоры «идеальные»; потери энергии в элементах схемы отсутствуют; напряжение на нагрузке, благодаря фильтру, синусоидальное.

В интервале 0 ÷ π проводят тиристоры VS₁, VS₄ (рис.42,б).

В момент π импульсы поступают на тиристоры VS₂, VS₃. При этом напряжения на нагрузке (точка М) равно:

,

где β – угол сдвига между синусоидами выходного напряжения U_H и выходного тока i_u.

Это напряжение является прямым для VS₂, VS₃, они включаются, и цепь нагрузки оказывается замкнутой накоротко через все открытые тиристоры. В результате этого возникает разряд конденсатора С_к. Ток разряда распределяется по двум контурам. В одном контуре он направлен навстречу току тиристора VS₁, а в другом – навстречу току тиристора VS₄. Когда токи этих тиристоров станут равными нулю, они выключатся. Поскольку в контурах разряда С_к отсутствуют индуктивности, этот процесс можно считать мгновенным (γ=0).

После выключения VS₁ и VS₄ ток начинает проходить через VS₂ и VS₃, вследствие чего направление тока нагрузки скачком изменяется.

Напряжение u_H в момент коммутации не изменяется из-за наличия конденсатора С_к.

К тиристорам VS₁ и VS₄ скачком прикладывается обратное напряжение , и они восстанавливаются (рис.42,б).

Для нормальной коммутации необходимо, чтобы выполнялось условие , где t_выкл – время выключения тиристора.

В противном случае после прохождения напряжения u_H через нуль произойдёт повторное включение VS₁ и VS₄, т.к. они ещё не восстановились. Возникает аварийный режим, когда во включённом состоянии будут все тиристоры (опрокидывание инвертора).

Для обеспечения условия (*) необходимо, чтобы вся нагрузка вместе с конденсатором С_к имела емкостной характер, и ток i_u опережал напряжение u_H.

Так как L_d = ∞, ток i_d имеет прямоугольную форму. Учитывается только первая гармоника этого тока i_u1 (пунктир). Высшие гармоники отфильтрованы С_к и выходным фильтром.

На рисунке 42,в представлена векторная диаграмма напряжений и первых гармоник токов на выходе инвертора при активно-индуктивной нагрузке. Первая гармоника тока инвертора i_u1 распределяется между С_к (составляющая I_c1 ) и нагрузкой (I_H).

Из диаграммы видно, что угол β имеет положительное значение при условии преобладания емкостного тока I_c1 над реактивной составляющей тока нагрузки I_H.P.

Напряжение на нагрузке

.

 

Угол β и выходное напряжение U_H являются функциями параметров нагрузки и емкости конденсатора С_к.

4.3.2. Последовательный инвертор тока.

Коммутирующие конденсаторы включены последовательно с нагрузкой (рис. 43).

Напряжение на нагрузке U_H будет отличаться от выходного напряжения инвертора U_H на падение напряжения на конденсаторе С_к.

 

При неизменном последовательный инвертор имеет жесткую внешнюю характеристику.

На рисунке 44 показана схема параллельно-последовательного инвертора тока. Его внешняя характеристика жестче, чем у параллельного, но мягче чем у последовательного инвертора тока.

4.3.3 Инвертор тока с двухступенчатой коммутацией.

Для питания АД с регулируемой частотой может использоваться схема на рисунке 45.

Особенность этой схемы в том, что она может работать на нагрузку индуктивного характера, имея сравнительно небольшую установленную мощность коммутирующих конденсаторов.

В определённый момент подают импульсы на вспомогательные тиристоры Т^/₁ и Т^/_4. Разрядный ток выключает тиристоры Т₁ и Т₄ , и ток начинает протекать через тиристоры Т^/₁ и Т^/_4, конденсаторы С_к1, С_к2 и обмотку трансформатора Т_р. Протекание тока через конденсаторы вызывает их перезаряд.

Благодаря перезаряду конденсаторов становится возможным включение тиристоров Т2 и Т3. На них подаются импульсы, и они включаются, начиная проводить ток I_d, а тиристоры Т^/₁ и Т^/₄ выключаются.

Конденсаторы к этому времени перезаряжены и подготовлены к следующей коммутации. Далее эти процессы периодически повторяются. Таким образом, коммутация происходит в два этапа: сначала ток I_d переводится с основных тиристоров на вспомогательные, а затем с вспомогательных на другую пару основных.

Основным недостатком схем с двухступенчатой коммутацией является значительная несинусоидальность выходного напряжения.

 

4.3.4. Трёхфазные инверторы тока.

Рассмотрим работу трёхфазного мостового параллельного инвертора тока (рис.46). На тиристоры схемы подаются импульсы, соответствующие нумерации тиристоров, и сдвинутые друг относительно друга на угол π/3, т.е. так же, как в обычном выпрямителе. При общепринятых допущениях, можно считать, что входной ток I_d идеально сглажен, и на выходе инвертора формируются токи прямоугольной формы. При этом каждый тиристор проводит ток на интервале 2π /3.

Выходное напряжение инвертора соответствует трёхфазной системе напряжений, которые согласно принятым допущениям синусоидальны (высшие гармоники прямоугольных фазных токов отфильтрованы параллельными конденсаторами С_а, С_в, С_с и фильтрами высших гармоник Ф_ав, Ф_вс, Ф_ас).

Для обеспечения нормальной коммутации тиристоров фазные токи i_a, i_в, i_c (первые гармоники) должны опережать соответствующие фазные напряжения на угол β.

Пунктиром показана первая гармоника фазного тока i_a1, опережающая фазное напряжение u_a на угол β. Следовательно, инвертор является потребителем реактивной мощности.

Коммутирующие конденсаторы должны обеспечивать получение реактивных мощностей, потребляемых как нагрузкой, так и инвертором.

Трёхфазные мостовые схемы инверторов тока обеспечивают лучшую синусоидальность выходного напряжения, чем однофазные схемы. Это объясняется тем, что инвертируемый ток не содержит не только чётные гармоники, но и гармоники кратные трём.