Как и для инвертора с большой индуктивностью La, устойчивая работа может быть нарушена при больших сопротивлениях нагрузки из-за роста величины Lg, а при малых сопротивлениях - из-за уменьшения и ji.

При реактивной нагрузке влияние ее изменения на работу инвертора может быть оценено с помощью методики, изложенной выше для параллельного инвертора с большой индуктивностью. Единственное отличие состоит в том, что при изменении реактивной или активной составляющей нагрузки изменяется не только постоянная времени т, но и добротность Q,

До сих пор предполагалось, что генерируемая частота остается при работе инвертора постоянной. Ее можно изменять путем изменения частоты управляющих импульсов. Параметры схемы при этом либо изменяются синхронно с частотой управляющих импульсов, либо остаются постоянными. В первом случае режим работы инвертора сохраняется неизменным, но для изменения параметров схемы требуется введение в нее коммутирующих элементов, увеличивающих габариты и снижающих надежность работы устройства.

Во втором случае изменяется режим работы инвертора. С увеличением частоты или, что то же самое, с уменьшением Т/х напряжение f/g ш и токи через тиристоры возрастают, причем особенно существенно при малых значениях Т/х. Для нахождения зависимости времени выключения от частоты следует нормировать его не относительно периода Т, sl относительно величины т, которая остается постоянной при изменении частоты. При добротности Q<0,7

зависимость имеет монотонный характер, убывая с уве-

личением частоты (уменьшением Т/х). Если Q>»0,7, то зависимость имеет две экстремальные точки. Для среднего из рекомендованных значений Q = 1,5 максимальное значение соответствует параметру Т/х = 5,0, а в пределах изменения Т/х = З-г-9 величина fa уменьшается не более чем на 25 %. Уменьшение времени выключения во время первого цикла работы может быть учтено с помощью зависимостей, приведенных в табл. 3-1.

На основании сказанного можно сделать вывод, что для работы в диапазоне частот желательно выбирать параметры схемы таким образом, чтобы величина Т/х изменялась в пределах от 3 до 9, что обеспечивает меньшие изменения времени выключения и, следовательно, большую устойчивость работы инвертора.

3-2. Последовательный инвертор

Схема инвертора. Основное отличие классических схем параллельного и последовательного инверторов заключается в способе включения коммутирующего конденсатора Cj по отношению к сопротивлению нагрузки. Две базисные схемы последовательных

Рис. 3-6. Схемы ных инверторов

последователь-

инверторов изображены на рис. 3-6 (цепь, показанная штриховой линией, отсутствует). Они отличаются друг от друга тем, что в первой напряжение на конденсаторе имеет постоянную составляющую Ео/2, тогда как во второй, симметричной, схеме постоянная составляющая отсутствует (Ео = EJ2). Рассмотрим принцип действия последовательного инвертора на примере симметричной схемы. При включении тиристора Т1 конденсатор заряжается от верхнего источника питания напряжением через цепь Lj, Zh, образующую с этим конденсатором колебательный контур. В следующий полупериод работы инвертора открывается тиристор Т2 и конденсатор перезаряжается через цепь, включающую в себя катушку индуктивности Lg, нижний источник питания и нагрузку Zh. В результате через течет знакопеременный ток.

Выключение проводящего тиристора осуществляется различ-ньми способами в зависимости от соотношения генерируемой частоты /, равной частоте повторения управляющих импульсов тиристоров, и собственной частоты /о цепи Li, Ci, Zh (La, Cj, zj.

В случае /о>/> Для которого временные диаграммы токов и напряжений приведены на рис. 3-7, ток /gi начинает протекать через тиристор Т1 в момент ti, течет в течение времени, меньшего половины периода частоты f, и вследствие униполярной проводимости тиристора прекращается в момент достижения им в процессе колебаний нулевого значения. С этого момента до момента включения тиристора Т2, когда через него начинает протекать ток igg, оба тиристора не проводят ток и к аноду тиристора Т1 прикладывается запирающее его отрицательное напряжение конденсатора Uc за вычетом напряжения верхнего источника питания £"0/2. После включения тиристора Т2 происходит перезаряд конденсатора. В течение времени /4-на аноде тиристора Т1 сохраняется отрицательное напряжение ui, и за это время тиристор должен выключиться, т. е. номинальное время выключения тиристора должно удовлетворять неравенству /в. ном<4-2- Такой режим работы - при fo>f - называют режимом естественной коммутации тиристоров, поскольку тиристоры выключаются естественным путем вследствие изменения токов и напряжений тиристоров, определяемых параметрами схемы.

При ffn необходима искусственная принудительная коммутация тиристоров. Для ее осуществления следует обеспечить индуктивную связь между коммутирующими дросселями Lj и L. Благодаря индуктивно-связанным коммутирующим дросселям про-

исходит переключение тиристоров, несмотря на то, что к моменту открывания одного из них ток через другой продолжает протекать, В момент включения одного из тиристоров на аноде второго возни-

Рис. 3-7. Диаграммы токов и напряжений для последовательного инвертора при fo->/

кает обратное напряжение, индуктированное в последовательно соединенном с ним коммутирующем дросселе со стороны магнитно-

Рис. 3-8. Диаграммы токов и напряжений для последовательного инвертора при fo<f

связанного с ним другого дросселя, через который протекает изменяющийся ток открытого тиристора. Второй тиристор запирается (отключается) этим индуктированным напряжением, несмотря на то, что к этому моменту ток через него еще протекал. Из условия

сохранения неизменным магнитного потока в общем сердечнике связанных дросселей ток в тиристоре в момент включения скачком возрастает до значения тока, протекающего через другой тиристор в момент отключения.

На рис. 3-8 приведены формы токов обоих тиристоров (ig i, ia), напряжения на конденсаторе Uc и на аноде одного из тиристоров Uai- Как видим, токи тиристоров последовательного инвертора в режиме принудительной коммутации по форме близки к прямоугольным, как и в схеме параллельного инвертора с большой индуктивностью анодного дросселя. Такой инвертор имеет рассмотренные ранее недостатки параллельного инвертора с большой индуктивностью дросселя Lg (из-за прямоугольной формы крутизна нарастания тока через тиристоры оказывается большой, что ограничивает амплитуду тока через них и снижает получаемую от инвертора мощность). Поскольку, индуктивности дросселей Li, La должны быть достаточно велики, габариты последних мало отличаются от габаритов трансформатора в параллельном инверторе (см. рис. 3-1).

Преимущества последовательного инвертора проявляются в режиме естественной коммутации тиристоров, когда индуктивности Lj, La достаточно малы и не связаны между собой. Контуры Li, Ci, z„ и La, Ci, Za не должны быть апериодическими, иначе ток тиристоров не будет изменять своего направления и процесс естественной коммутации станет невозможен.

Теоретический анализ и расчет схемы. Рассмотрим основные уравнения последовательного инвертора на примере симметричной схемы, полагая, что сопротивление чисто активное и равно г„. Индуктивности Li, Li равны L, и оба тиристора инвертора работают в одинаковых условиях.

Ранее говорилось, что при включении тиристора Т1 в момент f = О начинается заряд емкости Ci через цепь г„, Lj от верхнего источника питания £"0/2. С помощью теоремы об эквивалентном генераторе напряжения цепь заряда может быть заменена последовательно соединенными эквивалентным генератором напряжения, индуктивностью L, емкостью Cj и нагрузкой г. Эквивалентная ЭДС равна напряжению на аноде тиристора Ug i в момент t = О, т. е. величине m> и представляет собой сумму напряжения источника питания £"0/2 и начального напряжения на емкости Uc\t=o

(3-34)

Лапласово преобразование для тока тиристора ig имеет вид

Z{p)

pL +

где L = Li = La; a = rJ{2L) - коэффициент затухания; coo =

= Y/{ECi)-- частота свободных колебаний контура L,

Используя обратное преобразование Лапласа, получим выражение для тока

(3-36)

Напряжение на индуктивности Lj равно

е («оcos cOq-asinwo). (3-37)

В момент 2 - IdiQ ток ig прекращается. Напряжение на ин-

а на-

дуктивности Li в момент окончания тока равно и

пряжение на аноде скачком изменяется на такую же величину и остается неизменным до момента включения тиристора Т2 (см. рис. 3-7):

яа/(0(,

(3-38)

Для тиристора Т2 момент t = является начальным и напряжение на его аноде в установившемся режиме должно быть таким же. как у тиристора Т1 в момент = 0. При выключенных тиристорах получаем

и

Y=0-

(3-39)

Подставляя в уравнение (3-39) значения Wait=o выражения (3-34) и tt,! из (3-38), можно найти

1 g-Jt/2 /Q=-l/4

(3-40)

где = Ll[C-r\) - добротность контура L, Ci, на частоте его собственных колебаний coq-

Постоянная составляющая тока тиристора определяется по известной формуле

h.--yAt)dt- . - .

(3-41)

Из выражения (3-37) видно, что производная тока обращается в нуль в момент = =-I£iii2. Вводя безразмерное время

% = ©of, получим

тм «ом = arctg 2 YQ- 1 /4.

Отсюда максимальное значение тока

arctg 2 /Q-1/4 2 1/4

(3-42)

На повышенных частотах значение тока через тиристоры может ограничиваться допустимой скоростью нарастания его, т. е. крутизной. Последняя максимальна в момент О и согласно выражению (3-36) равна

•Si max -

(3-43)

В течение времени от ta до 4 (см. рис. 3-7) емкость перезаряжается через тиристор Т2. При этом существует зависимость ttai = Eq-"l- Из-за равенства = = L напряжение на индуктивности Lz в интервале времени -4 идентично напряжению на индуктивности Lj в интервале от нуля до t. Отрезок времени t = -t когда напряжение на аноде тиристора отрицательно, определяется из условия м. = о» которое на основании выражений (3-37) и (3-40) может быть представлено в виде

"Hcosx,,,---У-sin Тз.Л = 1 , (3-44)

V 2KQ2-1/4 J

где Тз.4 = (4-з) «о-

Момент 4 определяется из условия Мах = О или = Eq. Решив это уравнение, можно найти зависимость величин

Тз,4= «03.4 = V«3.4 и 8.4/7о = «03.4/(2Я) (3-45)

от параметров Q и 7, где 7 - (Оц/о; То = 2n/(dQ.

Отрицательное напряжение на аноде тиристоров сохраняется не только в течение времени 3,4, но и от момента времени до момента 3. Этот отрезок времени 4.3 = 3-tz определяется выражением

(3-46)

4,3 -

С помощью выражений (3-45) и (3-46) находим коэффициент :

«2.3

Y V 2 ;

(3-47)

При включении инвертора нарастание максимальных значений тока через тиристоры и напряжения на них, как показывают расчеты, происходит монотонно и не может привести к нарушению устойчивости работы инвертора. Поэтому для обеспечения устойчивой работы достаточно учитывать уменьшение времени выключения tj, в течение переходного процесса. Поскольку минимальное время min» предоставляемое для выключения тиристора, как показали