6.2.1. Последовательный аир

АИР состоит из инверторного моста на тиристорах VS1-VS4 и последовательно включенных в его диагонали конденсатора С, нагрузки Z_н и дополнительного дросселя L. Кривая тока выходной цепи инвертора i_и (t) (тока нагрузки i_н) формируется путем попарного отпирания накрест лежащих тиристоров инверторного моста. Характер зависимости i_и(t) обуславливается колебательным процессом перезаряда конденсатора С с частотой:

, (6.2)

где f_o- частота последовательного колебательного контура, образованного реактивными элементами выходной цепи, при его подключении проводящими тиристорами к источнику питания Е.

В этой схеме частота собственных колебаний контура f_o связана с частотой следования отпирающих импульсов на тиристоры инверторного моста f соотношением f_o>f . Благодаря этому, колебательные процессы перезаряда конденсатора с близким к синусоидальному законом изменения тока i_н=i_и заканчиваются до отпирания очередной пары тиристоров инвертора, а в кривых тока нагрузки и источника питания создаются паузы. Токовая пауза необходима для проведения операции восстановления запирающих свойств тиристоров. По окончании перезаряда, например к моменту времени t₁, напряжение на конденсаторе U_Cm>E в связи с чем, к проводящим тиристорам, в данном случае VS3 и VS4, прикладывается обратное запирающее напряжение (U_Cm-E)/2. Длительность перезарядных процессов конденсаторов, равная половине периода собственных колебаний контура T_o/2=1/(2f_o), определяет длительности открытого состояния тиристоров и двуполярных импульсов кривой напряжения инвертора U_и. Наличие в кривой тока нагрузки паузы, характеризует работу АИР с естественным режимом запирания тиристоров. Необходимое при этом различие в частотах f_o и f подчиняется условию поддержания обратного напряжения с целью их запирания:

, (6.3)

где t_п.в – время, предоставляемое тиристору для восстановления запирающих свойств; K_зап- коэффициент запаса, K_зап=1,2…1,5; t_в – паспортное время выключения тиристора.

рисунок 6.2

6.2.2. Последовательный аир со встречными диодами.

рисунок 6.3

В первоначальной схеме последовательного АИР, условия для запирания проводящих тиристоров создаются на этапе токовых пауз в кривой i_H(t). С увеличением частоты, относительная продолжительность токовых пауз возрастает, и они занимают значительную часть периода i_H(t). С ростом частоты, мощность отдаваемая в нагрузку уменьшается, а форма кривой i_H(t) значительно отличается от синусоиды. Для улучшения показателей инвертора, при переходе в область повышенных частот от 2…3 до 5…10 КГц исходную схему дополняют обратными диодами. Дроссель L вводят при малой величине L_H, когда конденсатор C_пар отсутствует, либо при большей величине L_H при наличии компенсирующего конденсатора. Особенностью процессов, протекающих в схеме, является то, что каждый такт отпирания накрест лежащих тиристоров сопровождается формированием 2-х полуволн кривой тока нагрузки. Первая полуволна обуславливается колебательным характером процесса перезаряда конденсатора от источника питания через открытые тиристоры, вторая- процессом обратного перезаряда конденсатора через шунтирующие его обратные диоды. За время формирования второй полуволны тока нагрузки создаются условия для восстановления запирающих свойств проводивших тиристоров: к тиристорам прикладывается обратное напряжение, равное падению напряжения на обратных диодах от протекания через них тока нагрузки.

В инверторе возможны два режима работы: прерывистого тока нагрузки и непрерывного тока. Режиму прерывистого тока отвечает соотношение частот w_o>2w, где w_o=2π/T_O – собственная резонансная частота выходной цепи, а w=2π/T – выходная частота инвертора. Рассмотрим временные диаграммы для режима прерывистого тока (рисунок 6.3)

При отпирании в момент времени t_O тиристоров VS3 и VS4 конденсатор C начинает заряжаться по цепи (+-VS4-C-Z_H-L-VS3-), формируя в нагрузке полуволну тока i_H. К моменту времени t₁ ток i_H и токи i_VS3,4 уменьшается до нуля. За счет наличия в цепи перезаряда источника питания, напряжения на конденсаторе в момент времени t₁ превышает напряжение E (полярность без скобок). Вследствие этого, с момента времени t₁ наступает второй полупериод колебательного (обратного) перезаряда конденсатора по цепи с диодами VD3,VD4 (+C-VD4-E-VD3-L-Z_H-C). Процесс продолжается на интервале t₁÷t₂, в течении которого энергия, накопленная на конденсаторе, отдается в цепь источника питания и нагрузку. К тиристорам VS3,VS4 прикладывается обратное напряжение, равное падению напряжения на диодах VD3,VD4 (0,8…1,5 В) от протекания через них тока нагрузки. К моменту времени t₂, ток i_H уменьшается до нуля, диоды VD3,VD4 закрываются. Напряжение на конденсаторе снижается до уровня U_C<E и остается неизменным до отпирания следующей пары тиристоров. На интервале t₂…t₃ ток i_H=0 и к тиристорам VS3,VS4 прикладывается напряжение в прямом направлении, равное полуразности напряжений источника питания и конденсатора. В момент времени t₃ отпираются тиристоры VS1,VS2 и происходят аналогичные процессы перезаряда конденсатора: на интервале t₃…t₄ – с проводящими тиристорами VS1,VS2; на интервале t₄…t₅ с проводящими диодами VD1,VD2. При этом к тиристорам VS3,VS4 прикладывается в прямом направлении напряжение E. В последующем процессы в схеме повторяются.

Рассмотрим теперь временные диаграммы, характеризующие процессы в инверторе в режиме непрерывного тока (рисунок 6.4).

Режиму непрерывного тока соответствует соотношение собственной резонансной частоты выходной цепи и частоты следования управляющих импульсов при котором wo<2w, или T_O>T/2. Очередное отпирание тиристоров осуществляется здесь до завершения перезаряда конденсатора в цепи с обратными диодами, в связи с чем кривые тока нагрузки и напряжения на конденсаторе, приближаются по форме к синусоиде. Необходимые условия для запирания тиристоров при окончании их интервала проводимости создаются в процессе формирования кривой тока нагрузки, когда ток проводят обратные диоды. Благодаря близкой к синусоиде форме кривой тока i_H(t), а также лучшему использованию тиристоров по току – режим непрерывного тока нагрузки находит большое применение на практике.

рисунок 6.4