Лекции_АИ_АИР_18

1.Автономные резонансные инверторы

Автономный резонансный инвертор - это устройство, преобразующее энергию источника постоянного тока в энергию переменного тока (AC/DC-

преобразователь), у которого процессы в силовых цепях имеют резонансный характер. Силовые схемы автономных резонансных инверторов (АИР), как правило, однофазные и содержат вентили (транзисторы или тиристоры),

периодически подключающие к источнику питания цепь нагрузки.

В цепь нагрузки входят дроссель, характеризуемый большой индуктивностью, конденсатор, включенный параллельно, последовательно или последовательно-параллельно нагрузке, которые в совокупности образуют резонансный контур. В соответствии с этим различают параллельные, последовательные и последовательно-параллельные АИР.

АИР могут получать питание от источника напряжения (АИР с открытым входом), либо от источника тока (АИР с закрытым входом).

Характер процессов и структура АИР определяется большой индуктивностью, обеспечивающей колебательный процесс перезарядки конденсатора независимо от того, как он подключен к нагрузке. Ток в цепи нагрузки приближен по форме к синусоиде. Чаще всего автономный резонансный инвертор выполнен на тиристорах, запирание которых происходит за счет плавного спада до нуля анодного тока комбинированного контура, включающего в себя «L» и «C» и обеспечивающего резонанс напряжения на каждом полупериоде выходной частоты. Собственная частота контура должна быть не менее частоты автономного инвертора.

Фактически автономные резонансные инверторы могут рассматриваться как промежуточные между автономными инверторами тока и автономными инверторами напряжения.

1.1.Простейший АИР с открытым входом (последовательный)

На рисунке 1 представлена схема простейшего последовательного АИР с открытым входом.

Рис.1 Схема простейшего последовательного АИР с открытым входом.

В данном автономном инверторе коммутация осуществляется за счет подбора параметров C и L: коммутирующей емкости и коммутирующего дросселя.

Принцип работы заключается в следующем. В момент времени t 0

подается управляющий импульс на тиристор VS1, при этом конденсатор заряжается согласно указанной полярности. Ток по цепи нагрузки протекает в течение практически полного полупериода, за который конденсатор перезаряжается от минимума до максимума; в момент времени управляющий импульс поступает на тиристор VS2. Начинается процесс перезарядки конденсатора, ток по контуру направлен в противоположном направлении.

При этом различают три режима работы: работа с естественной коммутацией ( 0 > ), работа с граничной коммутацией ( 0 = ), работа с принудительной (искусственной) коммутацией ( 0 < ), при этом

– частота подачи управляющих импульсов,

0 – собственная частота контура.

На рисунке 2 представлены временные диаграммы, иллюстрирующие работу схемы.

Рис.2 Временные диаграммы, иллюстрирующие работу схемы При 0 > уравнение баланса можно записать:

Характеристическое уравнение имеет вид:

p2 RLн p LC1 0 ,

решением которого является уравнение:

При н → 0 или близком к нулю возникают большие перенапряжения.

При н → ∞ процесс становится апериодическим. Поэтому глубокие изменения активного сопротивления невозможны.

1.2. Мостовой параллельный АИР

Силовая схема этого типа АИР подобна схеме однофазного мостового автономного инвертора тока, представленная на рисунке 3. Различие состоит лишь в том, что индуктивность входного тока L относительно невелика. Собственная круговая частота 0 силового контура,

+ н

входного дросселя и Lн– нагрузки.

Накрест лежащие тиристоры отпираются одновременно парами VS1, VS2

или VS3,VS4 , со сдвигом по фазе между моментами запирания и отпирания пар. Интервал времени от момента отпирания первой пары тиристоров до момента времени отпирания второй пары тиристоров равен

полупериоду тактовой частоты. Например, при отпирании тиристоров VS1, VS2 выходной ток инвертора i , имея колебательный характер вначале возрастает, а затем уменьшается, достигая в момент времени 1нулевого значения. В этот момент тиристоры запираются, и в течение интервала времени = к ним прикладывается обратное напряжение. Этот интервал времени не может быть меньше паспортных значений, требуемых для восстановления их запирающих свойств. В момент времени =

управляющие импульсы подаются на тиристоры VS3,VS4, которые отпираются. Процессы повторяются.

На рисунке 4 представлены временные диаграммы, характеризующие работу мостового параллельного АИР.

Рис.4 Временные диаграммы работы мостового параллельного АИР На рисунке 5 представлена векторная диаграмма АИР. Она схожа с

векторной диаграммой АИТ. Если не учитывать потери в силовых цепях АИР,

то условие баланса активных мощностей на его входе и выходе,

согласно векторной диаграмме, определяется равенством:

п п = н(1) н(1)cos н = н(1) н(1) cos

Рис.5 Векторная диаграмма мостового параллельного АИР

где п– среднее значение тока, потребляемого АИР от источника питания; н(1), н(1) - действующие значения первых гармоник напряжения и тока нагрузки; н - фазовый угол сдвига первых гармоник напряжения и тока нагрузки; - угол опережения.

При малых величинах паузы, определяемой углом ,

где (1) , (1) - амплитудное и действующее значение первой гармоники выходного тока i АИР соответственно.

Учитывая выше изложенное можно определить величину выходного напряжения АИР, которое соответствует его внешним характеристикам:

Особенностями данной схемы мостового параллельного АИР является:

- обеспечение естественного запирания тиристоров в режиме прерывистых токов;

Рис.7 Временные диаграммы последовательного АИР с дросселем в цепи переменного тока

Уравнение баланса активных мощностей на входе и выходе силовой схемы (обеих схем) можно записать таким образом:

п п = н(1) н(1)cos н

При малых значениях угла справедливо равенство:

Из приведенных выше формул можно получить выражение внешних характеристик АИР:

Из формулы видно, что внешние характеристики представляют собой семейство прямых параллельных оси абсцисс (оси тока), соответствующих