Выходная характеристика инвертора тока последовательного типа

Мгновенное значение выходного напряжения инвертора u _и равно сумме мгновенных напряжений нагрузки u _нг и конденсатора u _с:

u _и = u _нг+ u _с.

Выходное напряжение инвертора (инвертированное напряжение) U _и,

отнесенное к напряжению источника питания, определяется по формуле (3.8):

 

 

Рис. 3.8. Временные диаграммы, поясняющие работу инвертора тока последовательного типа в режиме инвертирования тока

 

 

(3.8)

Напряжение нагрузки, отнесенное к напряжению источника питания, определяется по формуле (3.9).

(3.9)

Из выражения (3.9) следует, что при U_d = const и неизменном коэффициенте мощности нагрузки величина напряжения на нагрузке не­изменна. Таким образом, при cosφ_нг= сonst выходная характеристика последовательного инвертора является жесткой в широком диапазоне изменения величины нагрузки.

На рис. 3.9, а, в, б построе­ны зависимости

, , ,

 

представляющие семейство вы­ходных характеристик после­довательного инвертора при различных значениях коэффициента мощности нагрузки и выраженные в относительных величинах.

 

Из приведенных графиков видно, что в зоне малых нагрузок работа инвер­тора невозможна из-за сущест­венного уменьшения угла β, предоставляемого вентилям для восстановления управляющей способности. Область больших нагрузок инвертора характери­зуется увеличением угла β до π/2 и существенным увеличением суммарного инвертируемого напряжения U _и, что сопро­вождается увеличением напря­жения на вентилях и напряже­ния на конденсаторе.

Сопоставление свойств и характеристик параллельного и последовательного инверторов тока позволяет сделать заклю­чение о том, что по виду ха­рактеристик такие инверторы представляют определенную противоположность. Так, для параллельного инвертора коммутация становится неустойчивой при перегрузках, а для последовательного – при ма­лых нагрузках. Перенапряжения на элементах схемы в параллельном ин­верторе возникают в зоне малых нагрузок, в последовательном инверто­ре – в зоне перегрузок. Параллельный инвертор имеет крутопадающую внешнюю характеристику, которая относительно слабо деформируется при изменении cosφ_нг. Последовательный инвертор, напротив, имеет жесткую внешнюю характеристику, которая значительно деформируется при изме­нении cosφ_нг. Указанные обстоятельства должны учитываться при выбо­ре схемы инвертора в зависимости от требований со стороны потреби­теля.

 

 

 

Рис. 3.9. Характеристики инвертора тока последовательного типа:

а– зависимость угла опережения от проводимости нагрузки;

б– выходные характеристики инвертора;

в– зависимость напряжения нагрузки от проводимости нагрузки

 

Вопросы для самоконтроля

1. В чем заключается отличие в схемах инверторов последовательного и параллельного типа?

2. При каком значении проводимости нагрузки (большом или малом) происходит опрокидывание инвертора последовательного типа?

3. При каком значении проводимости нагрузки (большом или малом) выходное напряжение инвертора последовательного типа резко возрастает?

4. Отчего и как зависит напряжение на нагрузке последовательного инвертора?

 

 

Резонансный режим

Схемы резонансных инверторов не отличаются от схем инверторов тока. Выбор конечной индуктивности L_d и параметров других элементов схемы в них осуществляется так, чтобы обеспечить настройку колебательного режима в нагрузочной цепи на частоту, близкую к частоте коммутации вентилей. При резонансном режиме работы инвертора, также, как и при режиме инвертирования тока, конденсаторы в цепи переменного тока устанавливаются для осущест­вления коммутации и компенсации реактивной мощности нагрузки.

Рассмотрим работу резонансного инвертора на примере однофазного последовательного преобразователя, представленного на рисунке 3.6. Вели­чина выбранных параметров последовательного L-C-R _нг контура оп­ределяет частоту его собственных колебаний, которая находится по из­вестному из теоретической электротехники выражению

(3.10)

где L - эквивалентная индуктивность схемы.

В зависимости от соот­ношения частоты собственных колебаний ω₀ и частоты переключения вен­тилей, задаваемой системой управления ω, различают три возможных режима работы инвертора:

– частота собственных колебаний ниже частоты переключения вен­тилей, ω₀< ω – режим принудительной коммутации;

– частота собственных колебаний равна частоте переключения вен­тилей, ω₀=ω – граничный режим;

– частота собственных колебаний выше частоты переключения,

ω₀>ω – режим естественной коммутации.

В настоящее время наиболее широкое применение на практике находят граничный режим и режим естественной коммутации тиристоров,

обеспе­чивающие синусоидальную форму кривой тока нагрузки и достаточно боль­шой угол выключения β=δ.

Последнее дает возможность использо­вать инвертор последовательного типа на высоких рабочих частотах. Временные диаграммы токов и напряжений для граничного режима пред­ставлены на рис. 3.10.

Рис. 3.10. Временные диаграммы инвертора, работающего в резонансном режиме

 

Вопросы для самоконтроля

1. Какие условия необходимо выполнить для перевода инвертора в резонансный режим?

2. Сформулируйте достоинства резонансного режима работы инвертора по сравнению с режимом инвертирования тока.

 

Описание лабораторной установки смотри выше.

 

Перед выполнением лабораторной работы необходимо:

- изучить устройство, принцип работы, характеристики инвертора тока последовательного типа;

- изучить программу лабораторной работы и подготовить черновик протокола лабораторной работы.

Исходные данные

Базовая точка (режим), для которой снимаются осциллограммы и через которую проходят снимаемые характеристики:

напряжение источника питания U _d = 25 В; ток нагрузки I _н = 0,25 А; коммутирующая емкость С_к = 2 мкФ.

частота управления при режиме:

- инвертирования тока равна 1000 Гц;

-при резонансном режиме равна 800 Гц.

Базовая точка может быть изменена по указанию преподавателя.

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему для исследования инвертора тока последовательного типа в соответствии с рис. 3.6, соединив последовательно дроссели L 1 и L 2 в цепи постоянного тока инвертора. Дополнительные внешние соединения показаны штриховыми линиями.

2.Ручку регулятора тока нагрузки RP в модуле «Нагрузка» (Н) установить в положение «0», соответствующее минимальному току нагрузки (максимальному активному сопротивлению нагрузки R _H).

3.Включить автомат QF 1 «Модуля питания стенда» (МПС).

4.Включить тумблер «Сеть» в модуле «Измеритель мощности».

5.Тумблером SA1 в модуле «Автономные инверторы» (АИ) включить питание системы управления.

6.Ручкой потенциометра «Частота» установить заданную частоту f.

7.Включить тумблер SA1 источника питания в модуле МПС.

8.С помощью потенциометра RP1 установить заданное напряжение источника питания.

9.Ручкой регулятора тока нагрузки RP в модуле «Нагрузка» (Н) установить заданный (базовый) режим.

10.Проверить правильность установки частоты.