электрические приборы и машины
 
 
   
 
   
 
 
     
 

Анализ последовательно-параллельного инвертора

Параллельно-последовательные инверторы с обратными диодами и удвоением частоты

Теоретический анализ схемы производится при прежних допущениях.

Используются следующие параметры, характеризующие режим работы инвертора: добротность Q=√L/C1/rн коммутирующего (последовательного) контура, образованного элементами L, С1 и rн соотношение частот β=ω0у, где — собственная частота коммутирующего контура, ωу — частота импульсов, управляющих каждым тиристором; соотношение емкостей ε = C21.

Во время работы схемы наблюдаются два этапа: либо тиристоры и диоды проводят ток поочередно (первый этап), либо в течение некоторого интервала времени они оказываются одновременно включенными в противоположных плечах моста (второй этап). При этом возможен такой режим работы, когда второй этап отсутствует.

На рис. 5-3 (верхняя схема с учетом штриховых линий) представлена эквивалентная схема для изображений преобразованных по Лапласу напряжений и токов для первого этапа, когда проводят только тиристоры (или только диоды).

При этом в схеме рис. 5-1 образуются следующие контуры: при включении тиристоров Т1, Т4 —контур Ср, L/2, Т1, С1, Т4, L/2,rн ‌‌‌‌ ‌  С2, Ср или Ср, L/2, Д1, С1, Д4, L/2, rн ‌ ‌  С2р; при включении тиристоров Т2 и Т3 — контур Ср, L//2, Т2, С1, Т3, L/2, rн ‌ ‌  С2, Ср или Ср, L/2, Д2, С1, Д3, L/2, rн ‌ ‌ С2, Ср.

Для второго этапа (рис. 5-3, нижняя схема с учетом штриховых линий), когда одновременно проводят тиристоры и диоды противоположных плеч моста,гкроме указанных, образуются контуры: L/2, T1, С1, Д2, L/2 и L/2, T4, С1, Д3, L/2 при включении тиристоров T1 и T4 или L/2, T2, C1, Д1, L/2 и L/2, Т3, C1, Д4, L/2 при включении тиристоров Т2, Т3.

В эквивалентных схемах величины U11, U21 и I11 — начальные значения напряжений на емкостях C1, C2 и тока в индуктивности L/2 для первого этапа, a U12, U22 и I12 — начальные значения напряжений на емкостях C1, С2 и тока в индуктивности L/2 для второго этапа.

Используя соответствующую эквивалентную схему рис. 5-3, можно получить изображения токов тиристора и диода ia и нагрузки iн для первого этапа:

(5-11), (5-12)

где

После обратного преобразования имеем

(5-13)

(5-14)

Величины х, у, W, V ,D, k, q определяются при нахождении методом Кардана полюсов рациональных дробей изображений токов (5-11), (5-12). При этом необходимо соблюдать условие D>0, обеспечивающее режим естественного выключения тиристоров.

Напряжение на емкости C1 индуктивности L/2, нагрузке и парах тиристор—диод могут быть определены из выражений:

(5-15)
(5-16)
(5-17; 5-18)

Для второго этана, используя вторую (нижнюю) эквивалентную схему рис. 5-3, найдем изображения токов: тиристора ia, диода iд, нагрузки iн и емкости С1— тока iС1:

(5-19)
(5-20)
(5-21)
(5-22)

где

Из выражений (5-19) — (5-22) следует, что на втором этапе в зависимости от величины

(5-23)

возможны различные режимы работы схемы.

При D1<0 после обратного преобразования получаем

(5-24)
(5-25)
(5-26)

где ) — корни квадратного уравнения р2 + b1p + с1 = 0.

При D1>0 соответственно получим

(5-27)
(5-28)
(5-29)

Выражение для тока ёмкости С1 для обоих случаев одинаково:

Напряжения на емкости С1, индуктивности L/2, нагрузке ги можно определить так же, как и для первого этапа. Напряжение на парах тиристор—диод во время второго этапа близко к нулю.

Все выражения для токов и напряжений нормированы относительно величин E0/√L/C1 и Е0. По найденным выражениям произведены все необходимые вычисления нормированных величин.

При этом в первом с момента включения схемы полупериоде независимо от величин Q и β отсутствует этап, когда одновременно включены тиристоры и диоды противоположных плеч; начальные значения U11 = U12= I11 = 0.

Затем, начиная со второго, каждый полупериод состоит из двух этапов, причем начало отсчета времени для второго этапа совпадает с моментом включения тиристора, а для первого — с моментом окончания тока через диод противоположного плеча.

Кроме указанных выше токов и напряжений, определялись длительность токов тиристора tи и диода tд (последняя величина является схемным временем выключения tв) и минимальное время протекания тока через диод в переходном процессе при включении инвертора tд min (равное минимальному схемному времени выключения tв min.

Найдем также ток I0, потребляемый инвертором от источника питания и равный разности постоянных составляющих токов тиристора и диода.

Он определяется как удвоенная разность интегралов от токов ia, iд, отнесенная к периоду.

В результате вычислений получены зависимости токов и напряжений в схеме и схемного времени выключения от параметров Q, β и ε.

При расчетах переходный процесс при включении схемы можно считать законченным, когда максимальное напряжение на анодах тиристоров от полупериода к полупериоду меняется меньше чем на 3 %.

Полученные зависимости Uam/E0, U11/E0, Iam√L/C1, Iдm√L/C1/E0, I0√L/C1/E0, tвmin/tв, tи/Т, tв/Т приведены в табл. 5-2.

Анализ данных табл. 5-2 и дополнительные вычисления показывают:

  1. Относительные значения напряжений на тиристоре Uam/E0 и нагрузке Uн/E0, токов Iam√L/C1/E0, Iдm√L/C1/E0, I0√L/C1/E0, времени проводимости тока через тиристоры и диоды tи/Т, tв/Т и tвmin/tв при Q = 3÷5 от Q зависят в малой степени. При Q≥3÷5 эта зависимость увеличивается.
  2. От параметра ε величины Uam/E0, Iam√L/C1/E0,  Iдm√L/C1/E0, tи/Т, tв/Т, tвmin/tв при больших добротностях зависят слабо. При уменьшении Q зависимость указанных величин от ε увеличивается. Особенно это заметно на примере tвmin/tв. Это следует учитывать при расчете инвертора, поскольку малое схемное время выключения в течение переходного процесса ограничивает предельное значение генерируемой частоты.
  3. Если ε близко к трем, то относительное значение постоянной составляющей тока I0√L/C1 / E0 практически не зависит от добротности Q и соотношения частот β.

Расчет инвертора на максимальную мощность, а также определение изменения режима работы инвертора при изменении нагрузки и генерируемой частоты производятся, как и для последовательного инвертора.

Отличие состоит в том, что при расчете инвертора при выборе режима работы следует задаваться, кроме величин Q и β, также и параметром ε.

 
 
     
 
Copyright © 2012 Электродвигатели и трансформаторы
электрические приборы и машины
Rambler's Top100
Создание сайта Вебцентр