Работа генератора при изменении нагрузки и выходной частоты.

На основании данных, приведенных в табл. 2-11, может быть произведен анализ работы генератора при изменяющихся нагрузке и частоте.

При изменении сопротивления нагрузки добротность контура Lp, Ск, Rh изменяется прямо пропорционально сопротивлению. В случае увеличения Rn напряжение Оат возрастает. Чем меньше у и больше ©, тем меньше увеличивается f)a m с ростом R. Для у = = 0,005 напряжение (/am можно считать практически постоянным при десяти-, пятнадцатикратном изменении R (Q = 3-f-50).

При больших значениях у токи тиристора 1 , /а о и диода /дт. до возрастают с ростом i?„. По мере уменьшения у скорость изменения токов 1„и ho уменьшается, и начиная с у 0,02 их можно считать практически неизменными.

Таким образом, наличие обратного диода в генераторе при правильно выбранном режиме работы позволяет получить практически неизменные токи и напряжение тиристора при изменении нагрузки в очень широких пределах. Полагая = Ро и зная постоянную составляющую тока источника питания /р, нетрудно установить, что минимальное изменение мощности Рв зависимости от R происходит при параметрах у 0,05 и 9 = 1,5-7-1,2.

Длительность импульса тока через тиристор 4 в генераторе с обратным диодом практически остается неизменной при изменении Рн. но длительность тока диода меняется, что означает изменение коэффициента кв. Произведение в Jв, определяющее предельную частоту генератора, увеличивается с ростом и скорость увеличения его мало зависит от параметров 7 и 9.

Таким образом, неустойчивая работа генератора с обратным диодом при правильном выборе режима возможна только при малых сопротивлениях нагрузки, поскольку при этом уменьшается

величина kj miJn-

При реактивном характере нагрузки (последовательно включенные индуктивность и активное сопротивление или параллельно включенные емкость и активное сопротивление) по аналогии с § 2-2 можно рассмотреть те же три случая ее изменения.

Изменение реактивных составляющих ведет к изменению одной или нескольких величин, характеризующих режим работы генератора. Так, изменение индуктивности Lh, которая входит в индуктивность контура нагрузки Lk, вызывает изменение величины у. Изменение емкости Сн, входящей в Ск, приводит к изменению соответственно параметров О и Q.

В случае роста индуктивности L„ величина у уменьшается. При этом напряжения La т. ст, сэ уменьшаются при больших значениях Q и в и увеличиваются при малых (Q > 10, 0 > 2,0). Токи тиристора /am, ho ведут себя аналогично указанным выше напряжениям с той разницей, что зависимость /ао имеет не ярко выраженный экстремальный характер с минимумом величины /ао при малых значениях Q и 0, причем по мере уменьшения послед-

них минимум сдвигается в область больших у. Токи диода /д, /до уменьшаются при больших Q и увеличиваются при малых. Значение Q, при котором происходит переход от уменьшения к увеличению, зависит от параметра 9: чем больше 9, тем больше Q. Значение тока источника питания 1, которое характеризует изменение мощности в нагрузке, при больших величинах 9 уменьшается для любых значений Q. По мере увеличения Q скорость уменьшения возрастает. При 9<10 для малых Q зависимость /„ (у) имеет минимум, который сдвигается в сторону меньших у с ростом Q. Длительность импульса тока через тиристор практически не зависит от Y, а произведение kj miJt возрастает с уменьшением у.

Из сказанного следует, что в случае изменения индуктивности Lh устойчивая работа генератора с обратным диодом ограничена для режимов, наиболее часто используемых на практике (SQIO; 1,2 9 2), при больших значениях L„ ростом токов и напряжений тиристора и диода, а при малых значениях L„ - уменьшением произведения kJ-JB,- е. минимального времени выключения. Кроме того, проведенный анализ показывает, что для режимов при условиях 0 2-f-l,5 и Q ~ 5-г-10 зависимость /ц от у весьма слабая и, следовательно, в указанных режимах мощность в нагрузке изменяется мало при изменении Lh.

В случае роста емкости Сн, которая входит в С величина 9 уменьшается, а Q возрастаетсоответственно обратно и прямо пропорционально величине /Ск. При этом напряжения La m на тиристоре и Ucs, Ucm на конденсаторе Ск, токи h, /«, /дт. /до. /о, а также величины hUjU возрастают. Рост /„ вызывает увеличение мощности в нагрузке Р.

Устойчивая работа генератора в рассматриваемом случае ограничивается при малых Сн уменьшением произведения kjjt, а при больших - ростом токов и напряжений тиристора и диода

Влияние однорременного изменения активной и реактивной составляющих нагрузки может быть проанализировано аналогично случаям изменения одной из составляющих с помощью табл. 2-11 и известных зависимостей параметров, характеризующих режим работы генератора (у, 0, Q), от активной и реактивной составляющих нагрузки.

Рассмотрим теперь роль изменения генерируемой частоты. Если это изменение осуществляется при неизменных параметрах элементов схем генератора только посредством изменения частоты следования управляющих импульсов тиристоров, то изменяется режим работы генератора.

Изменение частоты вызывает обратно пропорциональное изменение величины 9. При увеличении генерируемой частоты, когда она приближается к частоте контура нагрузки, величина 9 уменьшается. Это ведет к увеличению токов тиристора и диода, напряжений на тиристоре и конденсаторе, выходной мощности, пропорциональной току /о- Длительность тока через тиристор и схемное время выключения 4 и 4 mhi остаются постоянными.

ГЛАВА ТРЕТЬЯ

ДВУХТАКТНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

3-1. Параллельный инвертор

Схема инвертора. Принцип действия параллельного инвертора (рис. 3-1) состоит в следующем. Тиристоры Т1, Т2 поочередно открываются с помощью управляющих импульсов Uyi, «у2, подаваемых на управляющие

электроды. Временные „ П

диаграммы токов и напряжений представлены на рис. 3-2. Предположим, что начиная с момента времени ti тиристор Т1 открыт и напряжение на его аноде близко к нулю. При этом конденсатор С заряжается, напряжение Uq на нем возрастает, и одновременно возрастает напряжение Wa2 на аноде Т2, который соединен с правой

Рис. 3-1. Схема параллельного инвертора

Рис. 3-2. Диаграммы токов и напряжений для параллельного инвертора

обкладкой конденсатора С. В момент to, включения тиристора Т2 напряжение Иа 2 на его аноде скачком падает почти до нуля. Скачком меняется и напряжение Wgi на аноде тиристора Т1, которое становится отрицательным, и ток через тиристор прекращается. После этого конденсатор С разряжается через тиристор Т2. Потенциал анода тиристора Т1 остается отрицательным до тех пор, пока напряжение на конденсаторе С не изменит полярность на противоположную. В течение этого времени тиристор должен выклю-

4 "wl

X 1..

читься. Аналогично при включении тиристора 77 выключается тиристор Т2.

Напряжение на конденсаторе оказывается переменным, и соответственно в нагрузке, подключенной ко вторичной обмотке согласующего трансформатора Тр, возникает переменный ток.

У параллельного инвертора возможны два режима работы. В первом из них индуктивность дросселя La велика и в установившемся режиме ток через него практически не меняется (ta = /о), а импульсы тока тиристоров ia i, /аг имеют форму, близкую к прямоугольной (на рис. 3-2 диаграммы для этого режима изображены сплошными линиями). Во втором, более общем случае индуктивность дросселя La не настолько велика, чтобы ток через него мог быть принят постоянным, и соответственно импульсы тока тиристоров имеют форму, отличающуюся от прямоугольной. В частности, если контур La, С, (где 2н - пересчитанное к первичной обмотке трансформатора Тр сопротивление нагрузки 2н) колебательный, то форма импульсов тока iai, ia2 может быть близкой к синусоидальной (на рис. 3-2 диаграммы для этого режима изображены штриховыми линиями).

Теоретический анализ и расчет схемы с большой индуктивностью. Данный случай удобно выделить, поскольку здесь удается получить наглядные закономерности, легко используемые на практике.

Обычно тиристоры инверторов работают симметрично, т. е. проводят ток в течение равных промежутков времени. При этом скачки напряжения Ид на анодах тиристоров одинаковы и равны La т (рис. 3-2). Учитывая, что отрицательный скачок напряжения одного тиристора соответствует такому же положительному скачку другого, нетрудно заключить, что напряжение (например, в интервале от tx до 2) изменяется в пределах от - t/ до + La т-В установившемся режиме схема инвертора для данного случая при включенном тиристоре Т1 (рис. 3-1) может быть заменена приближенной эквивалентной (рис. 3-3), где источник напряжения £"0 и дроссель La, сопротивление которого переменному току весьма велико, заменены генератором тока i, а сопротивление нагрузки Зн, емкость С и начальное напряжение Ит пересчитаны к половине первичной обмотки трансформатора Тр с коэффициентом трансформации п. При начертании схемы трансформатор принят идеальным.

Примем сперва, что нагрузка чисто активная (2„ = г„). Как следует из эквивалентной схемы (рис. 3-3), при включенном тиристоре Т1 напряжение а на аноде тиристора Т2 равно удвоенному напряжению «2 на элементах г,, С, взятому с обратным знаком. Изменение этого напряжения во времени происходит в соответствии с постоянной времени т = Сг = СгнП При этих условиях,

I I

Рис. 3-3. Эквивалентная схема параллельного инвертора с большой анодной индуктивностью

начиная отсчет времени от момента i, т. е. полагая = О, найдем

(3-1)

где в соответствии с принципом суперпозиции член iafH~ (l - ) есть изменение напряжения Wa за счет изменения тока 4. а слагае-

характеризует разряд емкости С = 4С через сопротивление г = /гн/4. Учитывая, что в момент t = напря-

8 10 12 14 16 Т/г

Рис. 3-4. Зависимости для величин, характеризующих режим работы параллельного инвертора

жение Ua2 = гт (рис. 3-2), можно выразить ток i. через т-

1я =

2" 2Uam Т

(3-2)

Подставляя это выражение в (3-1), для Ид = «а i = "а 2 получим

"а = а

1 +е

(l-е )-е

1 - е

1 - е

(3-3)

Полагая в выражении (3-3) Ua == О, можно найти время в, в течение которого напряжение на аноде тиристора отрицательное и он выключается:

• (3-4)

„ = т In

1 + е

Из выражения (3-4) нетрудно видеть, что предельное значение величины = tJT при параметре 7/т, стремящемся к нулю, равно единице. Зависимость (Tlx) приведена на рис. 3-4.

Среднее значение напряжения на обмотке трансформатора (как и на дросселе La) в установившемся режиме равно нулю, поэтому среднее значение напряжения равно напряжению источника питания £0 (падением напряжения на включенном тиристоре пренебрегаем). Из этого условия, используя выражение (3-3), нетрудно

найти связь напряжений (/а m и jEq-

Т о

„....i(etg ). (3-5)

Зависимость -- ) приведена на рис. 3-4. Ео \ X J

Важное значение для выбора режима работы инвертора имеют критерии использования тиристоров по мощности и частоте.

Поскольку для рассматриваемого инвертора ток каждого тиристора имеет прямоугольную форму и его максимальное значение в два раза больше среднего /а о, критерий использования тиристоров по мощности на основании выражений (1-5) и (3-5) равен

0 Т 4т

м = 2

4т Т

Зависимость (7/т) приведена на рис. 3-4.

Подробный анализ переходного процесса, при котором надо учитывать индуктивность La, приведен в следующем разделе. Здесь без выводов даются только его результаты. Установлено, что в процессе включения инвертора напряжения и токи в схеме нарастают монотонно, стремясь к значениям при установившемся режиме, а время выключения оказывается минимальным для первого периода работы t. Показано, что величина составляет не менее 0,66 времени выключения в установившемся режиме t.

Недостатком рассматриваемой схемы является прямоугольная форма импульсов тока через тиристоры. Из-за большой крутизны нарастания тока его амплитуду приходится ограничивать, поскольку для большинства современных тиристоров допустимая крутизна нарастания тока не превышает нескольких сотен ампер в микросекунду. Кроме того, коммутационные потери при прямоугольной форме тока выше, чем при плавном его нарастании, что имеет значение для инверторов, работающих на повышенных частотах.