нием добротности (с ростом Гн). при е, близких к единице, величина ktbmiJtB практически не зависит от добротности, а при б<1 в зоне малых значений добротностей даже возрастает.

На основании сказанного можно сделать вывод, что при выборе величины 6 в диапазоне значений 1-2 неустойчивость работы последовательно-параллельного инвертора возможна только при малых сопротивлениях нагрузки из-за возрастания максимальных напряжений и токов тиристоров. Сравнивая последовательный и последовательно-параллельный инверторы, можно утверждать, что для практического использования при сильно изменяющейся нагрузке наиболее пригоден последовательно-параллельный инвертор в режиме е = 1ч-2, хотя он и несколько уступает последовательному в использовании тиристоров по мощности.

Если нагрузка инвертора имеет реактивный характер (последовательно включены индуктивность Lh и активное сопротивление Гц или параллельно включены емкость С„ и сопротивление Гд), то следует, как и в предыдущем параграфе, рассматривать два возможных варианта работы: а) емкостно-активная нагрузка; б) индуктивно-активная нагрузка, при которой инвертор становится резонансным (рассматривается ниже, в гл. 5).

При первом варианте работы изменение реактивной составляющей нагрузки Сн эквивалентно изменению емкости Cg и соответственно изменению отношения е = CJC. Это приводит к изменению токов тиристоров /am. /а о» крутизны ИХ нарзстания 5tn,ax. напряжения t/g, величины KtmiJt и мощности в нагрузке С ростом Сн величина е уменьшается и величины 1 , /д о, Stmax. am, KUmiJiy „ возрзстают, причем при мзлых добротностях скорость их нарастания значительнее, чем при больших. Возрастание величины kU miJb означэет увеличение минимального схемного времени выключения и является положительным фактором, так как устойчивость работы инвертора при этом возрастает. В то же время рост токов и напряжений тиристоров может привести к выходу их из строя, если это не будет учтено при проектировании.

При одновременном изменении реактивной и активной составляющих нагрузки кроме величины е изменяется также добротность Q контура L, Cj, /"„. Из табл. 3-3 видно, что наибольшее изменение

величин Im, /ао. Si max, а m, /„ ПрОИСХОДИТ ПрИ ОДНОВрСмеННОМ

увеличении С„ и уменьшении /-„ или наоборот. Последнее объясняется тем, что в этом случае происходит либо одновременное уменьшение е и увеличение Q, либо наоборот.

Если отношение 8 при изменении нагрузки колеблется в пределах от 5 до 0,5, тогда величина Kt-Jt мало зависит от добротности Q, она меняется практически так же, как и в случае изменения только реактивной составляющей нагрузки Сн. При 8>5 или 6<0,3 зависимость величины KK-Jt от параметров нагрузки более сильная.

Из сказанного следует, что у последовательно-параллельного инвертора с емкостно-активной нагрузкой устойчивость работы

ограничена увеличением максимальных токов и напряжений тиристоров при возрастании величины Си и уменьшении Гд. Наибольшую опасность для устойчивой работы инвертора представляет увеличение Сн при одновременном уменьшении г„.

Изменение выходной частоты инверторов осуществляется, как обычно, посредством изменения частоты управляющих импульсов тиристоров. У рассматриваемого инвертора это ведет к изменению отношения частот у. Величины /am. «тах. а m от 7 не зависят и, следовательно, не изменяются при изменении выходной частоты. Ток /а 0. а при принятых ранее приближениях и мощность в нагрузке Р„ обратно пропорциональны параметру у. Увеличение генерируемой частоты вызывает уменьшение величины KUJt, и, если это не учтено при проектировании, устойчивая работа инвертора может быть нарушена. Характер изменения величины kJsmiJB может быть нзйден по формулам (3-64) и (3-65).

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ ДВУХТАКТНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

С ОБРАТНЫМИ ДИОДАМИ

4-1. Параллельный инвертор с обратными диодами и прямоугольной формой выходного напряжения

Схема инвертора. Существенным недостатком рассмотренных в предыдущей главе инверторов является сильная зависимость максимального напряжения на анодах тиристоров rn от нагрузки. Это может вызвать либо нарушение устойчивой работы инверторов, либо ухудшить использование тиристоров по напряжению. Чтобы уменьшить эту зависимость, в схемах инверторов используют обратные диоды, ограничивающие напряжение на анодах тиристоров.

Одна из таких схем [13], получившая широкое распространение в диапазоне частот от нескольких десятков герц до 1-2 кГц,- схема параллельного инвертора с обратными диодами и практически прямоугольной формой выходного напряжения - приведена на рис. 4-1. Она отличается от обычной полумостовой схемы параллельного инвертора наличием обратных диодов Д1 и Д2.

Для упрощения получаемых выражений, кроме обычных, указанных в главе первой, делаются следующие допущения:

а) период выходного напряжения значительно больше времени выключения тиристоров;

б) нагрузка содержит дроссель с большой индуктивностью, соединенный последовательно с активным сопротивлением. Индуктивность дросселя должна быть достаточной для того, чтобы зна-

чение тока за время коммутации существенно не изменялось. Это допущение распространяется на нагрузку любого характера: индуктивную, активную, емкостную. В двух последних случаях последовательная индуктивность может быть либо индуктивностью рассеяния инверторного трансформатора, либо индуктивностью фильтра источника питания.

Рассмотрим отдельно работу инвертора для индуктивной и емкостной нагрузок.

Работа инвертора при индуктивной нагрузке. Диаграммы токов и напряжений в схеме для этого случая приведены на рис. 4-2.

Предположим, что в первоначальный момент времени тиристор Т1 открыт, его ток i- имеет постоянное значение и равен току нагрузки /н. Поскольку падением напряжения на тиристоре и элементах схемы, в частности на обмотке дросселя L, мы пренебрегли,

то потенциал правого по схеме зажима трансформатора Тр (точка Z) равен Ео, напряжение Uq на конденсаторе С равно Eq, а напряжение на аноде тиристора Т2 равно 2Eq.

При отпирании тиристора Т2 в момент потенциал точки Y становится равным - £о. Так как потенциал точки

Рис. 4-1. Полумостовая схема параллельного инвертора с обратными диодами и практически прямоугольной формой выходного напряжения

Z остается неизменным (напряжение на конденсаторе С не может измениться мгновенно), то к обмотке дросселя L", соединенной с анодом тиристора Т2, скачком прикладывается напряжение И/, = 2 Eq. ЭДС такого же значения индуктируется в обмотке соединенной с катодом тиристора Т1\ напряжение Ма 1 на аноде тиристора Т1 оказывается обратным и тем самым запирает его. При введенном допущении, что ток нагрузки остается неизменным за время коммутации, необходимо, чтобы при включении тиристора Т1 ток Iaa через тиристор Т2 скачком возрос до /д. Это сохраняет неизменной энергию, запасенную в обмотке L". Конденсатор С при этом обеспечивает Ток в нагрузке и через тиристор Т2, т. е. его ток ic скачком возрастает до 2/н. После включения тиристора Т2 конденсатор перезаряжается с помощью нижнего по схеме источника питания. Напряжение Uq на конденсаторе С, равное напряжению на нагрузке «н» и напряжение и на тиристоре Т1 уменьшаются по абсолютному значению и в момент становятся равными нулю, а затем изменяют свой знак на противоположный. В течение времени от момента 0 ДО ti напряжение на аноде тиристора Т1 оказывается отрицательным, и это время является схемным временем выключения /в- В момент времени, когда потенциал точки Z станет равным - £о, напряжение на коммутирующей обмотке L" станет равным нулю, а ток достигнет своего максимального значения

Рис. 4-2. Диаграммы токов и напряжений для параллельного инвертора с обратными диодами и практически прямоугольной формой выходного напряжения при индуктивной нагрузке

/а т- Соответственно в течение того же времени ток ic конденсатора С также возрастет и станет равным сумме /н + /am- Если бы обратные диоды были подключены к точке Z вместо Z, то диод Д2 открылся бы. При этом в контуре, состоящем из элементов L", Т2, Д2, протекал бы ток до тех пор, пока энергия L"I\J2, запасенная в обмотке L", не рассеялась бы в виде потерь в этих элементах. Последнее должно было бы снизить КПД инвертора. Одновременно через диод Д2 начал бы протекать ток нагрузки, возвращая энергию, запасенную в индуктивности нагрузки, источнику питания. Это продолжалось бы до тех пор, пока ток нагрузки не изменил бы своего направления на противоположное.

При подключении обратных диодов к точке Z энергия, запасенная в обмотке коммутирующего дросселя с индуктивностью L", так же как и в обмотке дросселя нагрузки, возвращается источнику питания. Диод Д2 в этом случае отпирается в момент достижения в точке Z потенциала - Eq. Токи 4 г тиристора Т2 и ic конденсатора С к указанному моменту несколько уменьшаются по сравнению со своими максимальными значениями, напряжение на конденсаторе С и напряжение на аноде тиристора Т1 увеличиваются и становятся соответственно больше Eq и 2Eq, а напряжение на обмотке коммутирующего дросселя становится отрицательным. Поскольку часть обмотки п (рис. 4-1) выбирается обычно небольшой (0,1-0,2), то указанные выше изменения токов и напряжений невелики. Действительно, диод Д2 ограничивает напряжение на обмотке трансформатора, расположенной слева от точки Z, значением о- Соответственно на секции обмотки ZZ индуктируется ЭДС пЕУ{\-п). Эта ЭДС прикладывается к обмотке L", и напряжение на тиристоре Т1 возрастает на 2пЕо/{\-п), становясь равным 2£о/(1-п). Напряжение на конденсаторе С равно Ео/(\-п). В контуре, состоящем из элементов L", Т2, Д2 я секции ZZ, протекает ток, индуктируемый обмоткой ZZ в обмотке, расположенной слева от точки Z, отдавая энергию, запасенную в обмотке L", источнику питания. Этот ток, равный току ta2, будет уменьшаться примерно по линейному закону от значения, близкого к /а т, До нуля за время

(4-1)

Через диод Д2 с момента его включения протекает ток нагрузки, отдавая энергию, запасенную в обмотке дросселя нагрузки, источнику питания. Ток через конденсатор С в момент включения диода Д2 прекращается. Таким образом, ток гд диода Д2 скачком возрастает до значения (1 -f IsmVi-и далее уменьшается по линейному закону.

В момент 4 ток, протекающий в контуре L", Т2, Д2, ZZ, становится равным нулю, и тиристор Т2 выключается. Диод Д2 остается открытым, так как ток нагрузки еще не изменил своего на-

правления на противоположное и замыкается через него. Напряжение конденсатора С остается равным Ео/{\-п), а напряжение, индуктированное в секции ZZ, оказывается приложенным в качестве обратного к тиристору Т2.

В момент 4 ток нагрузки изменяет свое направление, диод Д2 запирается и возрастающий ток нагрузки поддерживается разрядом конденсатора С до тех пор, пока потенциал точки Z не становится равным - Eq. После этого открывается тиристор Т2. Чтобы обеспечить ему эту возможность после того, как к нему было приложено отрицательное напряжение с обмотки ZZ, следует продлить управляющий импульс до момента и даже несколько более. Ток нагрузки, возросший до определенного значения в интервале от 4 до 4, вызывает колебательный процесс в контуре L"C, который постепенно затухает под действием потерь в нагрузке и самом контуре. На этом процесс коммутации заканчивается, и ток нагрузки возрастает до своего установившегося значения /„.

Аналогичные процессы происходят в другом полупериоде выходного напряжения, когда запирается тиристор Т2 и открывается TJ.

Если активное сопротивление нагрузки велико, а индуктивность мала, то ток нагрузки может изменить свое направление до момента окончания тока в контуре L", Т2, Д2, ZZ. При этом диод Д2 выключается в момент, когда возрастающий ток нагрузки нового направления становится равным току в контуре L", Т2, Д2, ZZ.

Работа инвертора при емкостной нагрузке. Диаграммы токов и напряжений в схеме для этого случая изображены на рис. 4-3.

Начнем рассмотрение работы схемы со следующего состояния. Ток нагрузки отрицательный, диод Д1 открыт и позволяет возвратить энергию, накопленную в конденсаторе нагрузки, источнику питания. Напряжение на конденсаторе С и, следовательно, на нагрузке повышено автотрансформатором Тр до значения EqI(\-п). К тиристору Т1 приложено обратное напряжение пЕо/{\-п), индуктированное в секции ZZ. В момент времени, когда ток нагрузки достигает установившегося значения /н, может быть включен тиристор Т2. Ток диода Д/ в этот момент равен IJ{\-п).

При отпирании тиристора Т2 в момент потенциал точки Y становится равным - Eq. Поскольку напряжение на конденсаторе не может измениться мгновенно и равно Eq/{1-п), то на обмотке с индуктивностью L" скачком появляется напряжение Eq (2-п)/(\-п). Индуктированное в обмотке с индуктивностью L дополнительно к уже имеющемуся на ней напряжению пЕо/{\-п) секции ZZ, оно повышает напряжение на аноде тиристора Т1 до значения 2Eq/{\-п). Ток тиристора Т2 возрастает по линейному закону от нуля до /„ в течение времени tf, определяемого выражением

/ L"I(l~n) Ео{2-п)

(4-2) 91