ОПТ Коновалов Мишуров Семенов

80

Что изменится, если учесть активное сопротивление дросселя rдр 0,5 Ом — ?

3. Индуктивноесопротивлениерассеянияфазы трансформатора

XSтр cLSтр 2 fc LSтр 2 50 1,6 10 3 0,5 Ом.

4. Нарисуем схему силовой части инвертора (рис. 26), необходимыми атрибутами которой являются дроссель в цепи постоянного тока и источник постоянного напряжения E0, включенный согласно с током таким образом, что он является источником, отдающим энергию.

TV	XS	VS1	iV1
i1			Id		Ld
U1
	XS	VS2
			U		E0
			iV 2	d
		СУ
		Uy
		Рис. 26

Так как источником энергии в данном случае служит источник постоянного напряжения, а энергия передается в цепь переменного тока, то силовую схему инвертора можно представить в следующем виде, как показано на рис. 27.

		Ld	rдр	VS1	i1
					U21
				VS2	U1
E			Ud		U22
	0
			Uy		СУ
				Рис. 27

81

Тр Uc

E0 ИВС

Uy

Рис. 28

Соответствующая структурная схема представлена на рис. 28, где E0 — источник постоянного напряжения;

ИВС — инвертор ведомый сетью; Тр — сетевой трансформатор.

5. Тиристор, как известно, — полупроводниковый прибор неполностью управляемый, и ему требуется предоставлять некоторое время tвосст для восстановления вентильных свойств. В угловой мере времени tвосст соответствует некоторый угол рад

восстановления

рад. c tвосст. 2 fc tвосст. 2 50 300 10 6 0,0942 рад.

или в градусах

рад. 180 5,4 .

6. Семейство внешних характеристик управляемого выпрямителя при работе на индуктивную нагрузку представлено на рис. 29 и описывается следующими выражениями

	Udα	Ud0 cos		Id	α	XSтр			(1)
				2 m2
	или
		cos cos
									(2)
	Udα	Ud0						,
				2

где Ud0 — среднее значение напряжения неуправляемого выпрямителя ( 0);

82

Ud

						I
Ud0																							0,		( 180 )
																							30 ,			( 150 )
																							60 ,			( 120 )
																								Id
																							90 ,			( 90 )
																							120 ,			( 60 )
																							150 ,			( 30 )
																							180 ,			( 0 )
						IV
																		Огр.хар-ка
															Рис. 29
							I	d		X
														Sтр
		arccos cos																— угол коммутации,									(3)
											2U
															2
причем для m2-фазного выпрямителя с нулевой точкой
			U									U						m2		sin		.					(4)
					d0				2						2
																					m
																					2
		7. При 90				выпрямитель меняет знак своего среднего

значения напряжения (оно становится отрицательным) при неизменном направлении тока, что свидетельствует о переходе его в режим инвертора, когда он начинает передавать энергию из цепи постоянного тока в цепь переменного тока.

Если создать условия для поддержания тока неизменным, то режим инвертирования будет устойчивым. Условием устойчивости инверторного режима является равенство напряжения источника постоянного напряжения E0 и выходного напряжения выпрямителя Udα (собственной противо-ЭДС инвертора).

Величина тока Idα в цепи постоянного напряжения, исходя из схемы, может быть выражена следующим образом:

83

Idα

E0

Ud

α

,

(5)

rдр

или с учетом (1)

Id

XSтр

E0 Ud0

cos

α

Idα

2 m2

rдр

I

E0

Ud0

cos

.

(6)

dα

XSтр m2

r

др

2

Однако ток Idα не может быть как угодно большим, так как

с его увеличением увеличивается угол коммутации (3). Предельный угол пред коммутации, соответствующий предельному току

Idпред, будет равен

пред

.

(7)

Подставляя пред

и Idпред

в (3), получаем

I

X

dпред

Sтр

.

arccos

cos

2U2

Преобразовываем последнее выражение:

I

X

dпред

Sтр

arccos

cos

.

2U2

Откуда

Id

XSтр

cos

пред

cos .

И, наконец,

2U2

U2

I

dпред

2

cos cos .

(8)

XSтр

84

9. Подставляя численные значения в (8), получаем предельный ток инвертора

I	dпред		2 150	cos 180 25 cos 180 5,4
			0,5

424,3 0,906 0,996 38 А.

10.Численное значение Ud0 найдем по (4):

	U				U			m2	sin				150	2	sin		135 B.
		d0		2		2						2
										m
															2
										2

11. Зная предельный ток

Idпред

и Ud0

и 180 ,

из (6)

можно найти ЭДС источника E0

постоянного напряжения:

E

I

r

XSтр m2

U

cos

0

d

d0

пред

др

2

0,5 2

38 0

135 cos 180 25 6 122,35 128,4 В.

2

12. Подставляем Idпред

из (8) в (1) получим

U

XSтр

U

U

cos

2

2

cos cos

XSтр

2 m2

dα пред

d0

Ud0 cos 2U2 m2 cos cos

2

Ud0 cos Ud0 cos Ud0 cos

2 2

Ud0 cos Ud0 cos . 2 2

Или окончательно имеем:

U	dα пред		Ud0	cos cos .		(9)
		2

Таким образом, получим систему уравнений (8) и (9):

85

I

2U2

cos cos ;

dпред

X

Sтр

U

dα пред

Ud0

cos cos .

2

Исключая cos , получим

U

d0

Idпред XSтр

U

d0

U

cos

dα пред

2

2U

2

2

Или окончательно

(10)

cos .

Udα пред Ud0 cos

Idпред

XSтр Ud0

.

Откуда

2U2 2

Udα пред

Ud0

cos

Idпред XSтр

.

(11)

2

m2

Выражение (11) представляет собой ограничительную (предельную) характеристику инвертора, ведомого сетью, которая представлена на рис. 29 пунктиром.

13. Зная эту характеристику, решение можно найти формально проще. Действительно, судя по графику рис. 29, предельный ток можно найти как точку пересечения ограничительной характеристики и входной (внешней).

Из выражения (1)

	Id	XSтр
Udα Ud0 cos		α пред	Udα пред .
		2 m2

Из выражения (11)

Udα пред	Ud0	cos	Idα пред		XSтр		.
			2
				m
					2

Откуда получаем

86

Ud0 cos

Idα пред

XSтр

Ud0

cos

Idα пред

XSтр

;

2

2

m

m

2

2

I

Ud0 2

cos cos .

(12)

d пред

2X

Sтр

m

2

Подставляя в (12) численные значения величин, получим

Id

135 2

cos155 cos174,6 38 А.

пред

2 0,5 2

Естественно, что предельное значение инвертируемого тока осталось тем же самым.

14. Что же изменится, если учитывать или не учитывать активное сопротивление дросселя?

Как показывает выражение (8), предельное значение тока не зависит от rдр, так как оно определяется только условиями ком-

мутации.

Из выражения (6) следует, что изменится величина инвертируемого тока:

I

E0 Ud0 cos

E0 Ud0 cos

dα

XSтр

m2

XSтр m2

r

r

др

2

др

2

147,35 135 cos25

128,39 122,35

9,2 А.

0,5 2

0,5

0,5 0,159

2

15. Увеличением угла управления или увеличением величины напряжения источника постоянного тока инвертируемый ток можно увеличить, но при этом следует обратить внимание, что потери мощности в дросселе равны

Pдр Id2α rдр 9,22 0,5 42 Вт;

при предельном токе возрастут до

Pдр пред Id2α пред rдр 382 0,5 722 Вт,

				87
	что неприемлемо и нужно, соответственно, уменьшать активное
	сопротивление дросселя.
	16. Временные диаграммы инвертора представлены на
	рис. 30. Прокомментируем построение временных диаграмм.
	U1	U1
	U2			2
		U21		U22
	i			Ud
		iV2		iV2
			i
			V1
	i1
	UV1
				Рис. 30
	16.1. Строим синусоидальное напряжение сети U1 и сину-
	соидальные вторичные напряжения U21 и U22 , сдвинутые друг
	относительно друга на 180 .

88

16.2. От точки естественной коммутации (ТЕК), для однофазного преобразователя это точка перехода через нуль сетевого напряжения, влево откладываем угол опережения =25 . Уместно вспомнить, что угол управления откладывается вправо от ТЕК.

16.3. Поскольку преобразователь работает в инверторном режиме, то его напряжение по сравнению с выпрямительным режимом отрицательное. Значит, это будет «отрицательная» часть

U21 и U22 .

16.4.При допущении, что дроссель в цепи постоянного тока бесконечно велик, токи в тиристорах идеально сглажены.

16.5.После включения очередного тиристора наблюдается интервал коммутации — -интервал, в котором ток включающе-

гося тиристора нарастает до тока нагрузки, а выключающегося — уменьшается до нуля.

16.6. Ток первичной обмотки (ток сети) находится как разность токов тириторов

1

i1 ктр iV1 iV2 .

16.7. Из диаграммы тока сети i1 видно, что при положительном напряжении сети ток отрицательный. Это говорит о том, что сеть является приемником энергии.

16.8. Напряжение на тиристоре VS1 почти всегда положительно и становится отрицательным только после интервала коммутации в течение угла , который называется углом, предоставляемым тиристору для восстановления вентильных свойств.

89

4 КРАТКИЙ ОБЗОР ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

4.1Лабораторная работа «Исследование маломощных однофазных выпрямителей и сглаживающих фильтров»

В работе рассматриваются три схемы однофазных выпрямителей — однополупериодная, двухполупериодная с выводом средней точки вторичной обмотки трансформатора, двухполупериодная мостовая — схема Греца. Исследуется работа выпрямителей на активную, активно-индуктивную, активно-емкостную нагрузки, качество выпрямленного напряжения в зависимости от типа фильтра, используемого для сглаживания выпрямленного напряжения.

Работа выполняется на натурном макете и на ПЭВМ с ис-

пользованием пакета «Electronics Workbench», «АSIMEC»

При подготовке к работе следует обратить внимание на различие временных диаграмм токов и напряжений на элементах выпрямителей в зависимости от вида нагрузки.

4.2Лабораторная работа «Исследование трехфазных нерегулируемых выпрямителей»

Работа по исследованию трехфазных нерегулируемых выпрямителей включает в себя изучение двух схем — выпрямитель

снулевой точкой вторичных обмоток трансформатора и мостовой выпрямитель (схема Ларионова). Рассматривается влияние индуктивности рассеяния трансформатора на коммутационные процессы в диодах выпрямителей, проводится сравнение экспериментально полученных соотношений токов и напряжений с теоретическими, оцениваются преимущества и недостатки одних выпрямителей в сравнении с другими.

4.3Лабораторная работа «Исследование управляемого двухполупериодного выпрямителя однофазного тока с нулевой точкой трансформатора»

В работе рассматриваются особенности регулирования выпрямленного напряжения при работе выпрямителя на активную и активно-индуктивную нагрузки, нагрузочные характеристики выпрямителя, назначение нулевого диода, процессы коммутации