1. Учитывая указанные выше соображения и условие iioM<Dmiii» выбираем режим работы инвертора, т. е. задаемся

величинами Q, в, е.

2. Задаваясь величиной (/д. я» находим с помощью табл. 4-2 величину Ео.

3. По известной из табл. 4-2 величине"" У IICi Qpi /

атд»

определяем волновое сопротивление УЫСх контура

/1, 1» н-

4. Зная величины Q, в, УЬ/С и собственную частоту coq = = 0(0 контура, нетрудно найти его параметры L, Cj, л„ и далее по известной величине е - емкость Cg == Cj/e.

5. Полагая импульс тока через тиристор синусоидальным и зная его длительность из табл. 4-2, можно определить крутизну его нарастания Si = (о/а cos (olP и установить, не превосходит ли она допустимое значение 5гд.

6. По известным значениям величины-

У L/C,

находим мак-

симальный ток диода /я;„ и далее выбираем тип диода.

Для параллельно-последовательного инвертора с обратными диодами, как и для параллельного, нетрудно построить мостовую схему.

Работа параллельно-последовательного инвертора с обратными диодами при изменяющихся нагрузке и частоте. При рассмотрении влияния изменения нагрузки на режим работы инвертора возможны два случая: когда нагрузка чисто активная и когда она содержит активную и реактивную составляющие.

Если нагрузка имеет чисто активный характер, то изменение ее ведет к прямо пропорциональному изменению добротности Q. В соответствии с табл. 4-2 максимальное напряжение на анодах тиристоров (/д при этом остается постоянным, а ток /д ,„ с ростом г„ уменьшается. Величины и tъmiJъ при больших е меняются с изменением Гн мало, а при малых (например, е = 0,1) с уменьшением Ги уменьшаются. Так как КПД инвертора достаточно велик, то мощность в нагрузке изменяется почти пропорционально току /о, а он уменьшается с ростом Гд. Таким образом, если наг-грузка чисто активная, то при ее изменении работоспособность инвертора может быть нарушена только из-за увеличения максимального тока через тиристор при уменьшении Гд. Если при проектировании инвертора выбраны достаточные запасы по току тиристоров, то инвертор сохраняет работоспособность даже при значительных изменениях нагрузки.

Для комплексной нагрузки при изменении активной составляющей ее полного сопротивления поведение инвертора ничем не отличается от вышеописанного. На практике обычно встречаются два случая реализации сопротивления z. последовательное соеди-

нение индуктивности Lh и активного сопротивления л„ или параллельное соединение емкости С„ и сопротивление г. Будем полагать первоначально, что реактивные составляющие нагрузки скомпенсированы реактивностями противоположного знака. Тогда при изменении реактивной составляющей появление дополнительного индуктивного или емкостного сопротивления ведет к изменению е, причем в обоих случаях емкость уменьшается, так как либо она частично компенсируется индуктивностью, либо уменьшается за счет последовательно включенной емкости. Это означает, что параметр 6 увеличивается. Из табл. 4-2 следует, что при больших значениях Q величина е слабо влияет на режим работы инвертора. При малых Q рост е свыше единицы ведет к уменьшению токов /д , /о и соответственно уменьшению мощности в нагрузке. Величина увеличивается с ростом 8. Из сказанного следует, что изменение реактивной составляющей нагрузки не нарушает работоспособности инвертора, но вызывает уменьшение мощности в нагрузке.

При совместном изменении активной и реактивной составляющих нагрузки одновременно меняется не только е, но и Q. Наиболее резкие изменения режима происходят при одновременном изменении реактивной составляющей и увеличении г.

Изменение выходной частоты инвертора осуществляется посредством изменения частоты управляющих импульсов. Это вызывает изменение величины 0. Рост 0 ведет к уменьшению токов Л т. 0. мощности Р , практически пропорциональной току /о, и несколько меньшему уменьшению т- Величина также уменьшается при увеличении 0, но отношение 4 увеличивается. Таким образом, произведение (4 miJT) К меняется сравнительно мало. Необходимо помнить, что не следует допускать уменьшения параметра 0 меньше единицы, поскольку в этом случае возникает режим, когда токи через тиристоры Т1 и Т2 текут одновременно, т. е. происходит короткое замыкание источника питания.

4-3. Последовательный инвертор с обратными диодами

Схема инвертора. Схема инвертора (рис. 4-9) включает в себя два тиристора 7/, Т2 с встречно-параллельно соединенными диодами и последовательный контур L, С, z (может быть легко построена и мостовая схема инвертора). Могут быть рассмотрены три режима работы схемы. В первом из них, когда имеется условие со ;> (Оо, необходима принудительная коммутация тиристоров. Во втором режиме (условие о)о>2о)) ток через нагрузку имеет прерывистый характер и коэффициент гармоник выходного сигнала очень велик.

Третий режим соответствует соотношению частот (о<(0о<2й) и представляет наибольший практический интерес. Схема в этом режиме работает следующим образом.

TitL

При поступлении управляющего импульса тиристор Т1 проводит ток в течение полупериода 70/2 = \l{2f, затем ток изменяет свое направление и протекает через диод Д1. Во время протекания тока через диод Ц1 к тиристору прикладывается отрицательное

напряжение, равное напряжению на открытом диоде, и он выключается. Через время Г/2 = 1/(2/) управляющий импульс поступает на тиристор Т2, и процесс повторяется. В результате к контуру LCh прикладывается знакопеременное напряжение прямоугольной формы с амплитудой El

Теоретический анализ и расчет схемы. Анализ схемы [П\ произведен для активной нагрузки (н = Гу) при обычных допущениях, указанных в главе первой. Задача в конечном счете сводится к определению тока, в последовательном контуре при воздействии переменной ЭДС е (/) прямоугольной формы с амплитудой Eq.

Используя преобразование Лапласа, получим

Рис, 4-9. Схема последовательного инвертора с обратными диодами

Ц«(01 =

nsn

1 + е

,-sn

(4-38)

где п = О, 1, 2, 3 . . . - номер периода; s = сор (р - оператор Лапласа). Преобразованное входное сопротивление контура L, С, Гн имеет вид

Z{s) Us + -J + Yl, (4-39)

где a cok/(2Q); Q «« ©к/гн; ©к 1 Z.C ; у «о/со; щ /1 - V (4Q2).

Преобразованное выражение для тока нагрузки через Гн получается в результате деления правой части выражения (4-38) на правую часть выражения (4-39). Оно представляет собой функцию s, аналитическую на всей комплексной плоскости, кроме простых полюсов si,2 = а/2 ± jy, Sk = = ± (2/г + 1) /, где /г = 0,1, 2 . . . . После обратного преобразования с учетом того, что вычеты в полюсах Sk = ± {2k -f- 1) / равны нулю, получим

t(t, п) =

Со g 2

yooL

sin vt -f- е

sin Y(T -я)

ch - я f cos уя

V(пя + t)- s"Y(""+t) + g sinY[t+(rt-l)nl

ch - я -f- cos yn

(4-40)

где безразмерное время x (oi изменяется в пределах от О до п. 112

Выражение (4-40) является универсальным, т. е. пригодным как для переходного, так и установившегося процессов: причем для второго случал необходимо принять « -> оо. В этом случае получаем

(Т) =

Ео 2 "sinyT-fe sin у (т -я)

ycoL

я -f cos уя

(4-41)

-0,8-0,7-0,6-0,5-0,4-0,3-0,2-0,1 О 0,1 0,2 0,5 0,4 0,5 0,6 0,7 Аaj/ш

Рис. 4-10. Зависимости для величин, характеризующих режим работы последовательного инвертора с обратными диодами

Ток источника питания определяется выражением

/о = -JycT (T)dT = -

я о «YW

Р, а 1 . sh - я--sin уя

2 2Q ch - я -f cos уя

P«/1-1/(4Q) .

Постоянная составляющая тока через тиристор /до находится интегрированием выражения (4-41) при условии, что отрицательныезначения tycx в интервале О <т < я соответствуют току диода, а положительные - току тиристора. Время т, соответствующее равенству нулю тока /уст, определяется из уравнения «уст {х) - 0.

Используя разложение в ряд Фурье ЭДС е (/), прикладываемой к контуру нагрузки, нетрудно определить первую гармонику тока через контур:

4£о

h (О

sin {(at - ф),

(4-43)

Ф = arctg--.

На рис. 4-10 приведены зависимости /ц, /ао и максимального тока через тиристоры /аот, отнесенные к величине 4£о/(я/н), от относительной расстройки Аю/ю = (ю-а)о)/й) и добротности Q контура L, С,

Как видно из выражения (4-40), во время первого полупериода генерируемых колебаний [п = 0) длительность протекания тока через тиристоры равна половине периода собственных колебаний контура и схемное время выключения тиристоров минимально. Выражение для его определения имеет вид

min - Т/2 - То/2. (4-44)

С помощью формулы (4-44) можно определить абсолютное значение расстройки

(4-45)

A/-/f 1--i-

Ч 1 - min )

Кривые на рис. 4-10 имеют резонансный характер. Поскольку при пренебрежении потерями в инверторе мощность в нагрузке определяется током

Дю/со

. С другой стороны, в со-

ведет к увеличению min- Ве-

/о, то она уменьшается с ростом отношения ответствии с выражением (4-45) рост Дш/со личина Q слабо влияет на время в min-

Расчет инвертора на максимальную мощность по заданным параметрам тиристоров, приведенным в конце первой главы, и генерируемой частоте f = 1/Т может быть произведен следующим образом:

1. Исходя из номинального времени выключения тиристоров в.иом» с помощью формулы (4-45) определяем величину Af.

2. Полагая /а = /атд. Eq = Игтл " выбрав добротность Q, с помощью зависимостей рис. 4-10 находим величину г,

3. Зная величины Q и = f-Af, определяем параметры L и С.

4. С помощью выражения (4-43) находим сначала параметр ф, а затем и амплитуду первой гармоники тока, протекающего через нагрузку.

5. Зная величины /q и 4 о, находим постоянную составляющую тока диода /до = /д-1.. Определив /д о, можно выбрать тип используемого диода.

Если нагрузка инвертора имеет комплексный характер, то ее реактивная составляющая включается в контур L, С, z„ и может быть легко учтена при расчетах.

Работа инвертора при изменяющихся нагрузке и частоте. Уменьшение сопротивления нагрузки ведет к увеличению токов 1, /ао» /о» что следует из рис. 4-10 и условий их нормирования. Мощность в нагрузке изменяется в соответствии с током Iq. Величина зависит от г„ несильно и только из-за изменения собственной частоты контура [q. Таким образом, при изменении нагрузки

опасность для работы инвертора представляет увеличение тока при уменьшении сопротивления г„.

При увеличении генерируемой частоты в наиболее важном режиме ((о<(0о<2(о) токи /аш. /ао, /о уменьшаются и соответственно уменьшается мощность в нагрузке; величина ti„ возрастает. Поэтому при изменении частоты не следует допускать режима работы на частоте /, близкой к /о, так как в этом случае в соответствии с выражением (4-44) время 4 min может стать меньше величины в.ном, что приведет к одновременному открыванию тиристоров Т1, Т2, т. е. к срыву инвертирования.

ГЛАВА ПЯТАЯ

МНОГОТАКТНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

5-1. Последовательный инвертор

с обратными диодами и удвоением частоты

Схема инвертора. Рассматриваемый в настоящем параграфе инвертор имеет в основе одну из многотактных схем, использующих принцип умножения частоты, описанный в первой главе. В таких схемах увеличивается время, предоставляемое тиристорам для восстановления их запирающих свойств, и тем самым удается повысить предел генерируемой частоты. Данный инвертор обеспечивает также стабилизацию напряжения на тиристорах при переменных нагрузке и генерируемой частоте благодаря включению обратных диодов.

Схема инвертора (рис. 5-1) представляет собой мост, в каждом плече которого последовательно с обмотками коммутирующих дросселей, имеющих индуктивность L/2, включены параллельно-встречно соединенные тиристоры Т1-Т4 и диоды Д1-Д4. В одну диагональ моста включен коммутирующий конденсатор С, а в другую - источник питания с постоянным напряжением Ео, последовательно с которым соединен дроссель L. Параллельно указанной цепи включена нагрузка Гн, последовательно соединенная с разделительным конденсатором Ср.

Описание и анализ работы схемы производятся в предположении, что имеют место условия > L, Ср > Ci- В этом случае

Рис. 5-1. Схема последовательного инвертора с обратными диодами и удвоением частоты