Практическая работа №9

Однофазный инвертор, ведомый сетью

Однофазный инвертор, ведомый сетью (зависимый инвертор), собранный по схеме с нулевой точкой вторичной обмотки трансформатора, имеет следующие параметры:

напряжение вторичной обмотки – 150 В;

индуктивность рассеяния фазы трансформатора – 1,6×10-3 Гн;

угол опережения - 25°;

время восстановления запирающих свойств тиристора не более 300×10-6 сек.

Нарисовать принципиальную и структурную схему инвертора и характерные временные диаграммы, определить предельное значение инверторного тока.

1. Сделаем основные допущения и доопределения.

В задаче не определены: активное сопротивление трансформатора – принимаем его равным нулю; не указана частота и напряжение сети – для определенности принимаем В, Гц; величину индуктивности дросселя в цепи постоянного тока принимаем бесконечно большой .

2. Тогда задача формализуется следующим образом:

Схема – однофазная, двухполупериодная, со средней (нулевой) точкой;

В;

В;

Гн;

;

;

сек.

Гц.

____________________________

? Схема и временные диаграммы - ?

Что изменится, если учесть активное сопротивление дросселя Ом - ?

3. Индуктивное сопротивление рассеяния фазы трансформатора

Ом.

4. Нарисуем схему силовой части инвертора (рис. 3.32), необходимыми атрибутами которой являются дроссель в цепи постоянного тока и источник постоянного напряжения , включенный согласно с током таким образом, что он является источником энергии.

Рис. 3.32

Так как источником энергии в данном случае служит источник постоянного напряжения, а энергия передается в цепь переменного тока, то силовую схему инвертора можно представить в следующем виде, как показано на рис. 3.33

Рис. 3.33

Рис. 3.34

Соответствующая структурная схема представлена на рис. 3.34, где

- источник постоянного напряжения;

ИВС – инвертор ведомый сетью;

Тр – сетевой трансформатор.

5. Тиристор, как известно, - полупроводниковый прибор неполностью управляемый, и ему требуется предоставлять некоторое время для восстановления вентильных свойств. В угловой мере времени соответствует некоторый угол восстановления

рад.

Или в градусах

.

6. Семейство внешних характеристик управляемого выпрямителя при работе на индуктивную нагрузку представлено на рис. 3.35.

Рис. 3.35

Описывается следующими выражениями

(1)

или

(2)

где - среднее значение напряжения неуправляемого выпрямителя ( );

- угол коммутации, (3)

причем для -фазного выпрямителя с нулевой точкой

. (4)

7. При выпрямитель меняет знак своего среднего значения напряжения (оно становится отрицательным) при неизменном направлении тока, что свидетельствует о переходе его в режим инвертора, когда он начинает передавать энергию из цепи постоянного тока в цепь переменного тока.

Если создать условия для поддержания тока неизменным, то режим инвертирования будет устойчивым. Условием устойчивости инверторного режима является равенство напряжения источника постоянного напряжения и выходного напряжения выпрямителя (собственной противо-эдс инвертора).

Величина тока в цепи постоянного напряжения, исходя из схемы, может быть выражена следующим образом:

, (5)

или с учетом (1)

. (6)

Однако ток не может быть как угодно большим, так как с его увеличением увеличивается угол коммутации (3). Предельный угол коммутации, соответствующий предельному току , будет равен

. (7)

Подставляя и в (3), получаем

.

Преобразовываем последнее выражение:

.

Откуда

.

И, наконец,

. (8)

9. Подставляя численные значения в (8), получаем предельный ток инвертора

А.

10. Численное значение найдем по (4):

11. Зная предельный ток и и , из (6) можно найти ЭДС источника постоянного напряжения:

В.

12. Подставляем из (8) в (1) получим

Или окончательно имеем:

(9)

Таким образом, получим систему уравнений (8) и (9):

(10)

Исключая , получим

.

Или окончательно

Откуда

(11)

Выражение (11) представляет собой ограничительную (предельную) характеристику инвертора, ведомого сетью, которая представлена на рис. 3.35 пунктиром.

13. Зная эту характеристику, решение можно найти формально проще. Действительно, судя по графику рис. 3.35, предельный ток можно найти как точку пересечения ограничительной характеристики и входной (внешней).

Из выражения (1)

Из выражения (11)

Откуда получаем

;

. (12)

Подставляя в (12) численные значения величин, получим

А.

Естественно, что предельное значение инвертируемого тока осталось тем же самым.

14. Что же изменится, если учитывать или не учитывать активное сопротивление дросселя?

Как показывает выражение (8), предельное значение тока не зависит от , так как оно определяется только условиями коммутации.

Из выражения (6) следует, что изменится величина инвертируемого тока:

А.

15. Увеличением угла управления или увеличением величины напряжения источника постоянного тока инвертируемый ток можно увеличить, но при этом следует обратить внимание, что потери мощности в дросселе равны

Вт;

при предельном токе возрастут до

Вт,

что неприемлемо и нужно, соответственно, уменьшать активное сопротивление дросселя.

16. Временные диаграммы инвертора представлены на рис.3.36. Прокомментируем построение временных диаграмм.

16.1. Строим синусоидальное напряжение сети и синусоидальные вторичные напряжения и , сдвинутые друг относительно друга на 180°.

16.2. От точки естественной коммутации (ТЕК), для однофазного преобразователя это точка перехода через нуль сетевого напряжения, влево откладываем угол опережения =25°. Уместно вспомнить, что угол управления откладывается вправо от ТЕК.

16.3. Поскольку преобразователь работает в инверторном режиме, то его напряжение по сравнению с выпрямительным режимом отрицательное. Значит это будет "отрицательная" часть и .

16.4. При допущении, что дроссель в цепи постоянного тока бесконечно велик, токи в вентилях идеально сглажены.

16.5. После включения очередного вентиля наблюдается интервал коммутации - -интервал, в котором ток включающегося вентиля нарастает до тока нагрузки, а выключающегося – уменьшается до нуля.

16.6. Ток первичной обмотки (ток сети) находится как разность токов вентилей

.

16.7. Из диаграммы тока сети видно, что при положительном напряжении сети ток отрицательный. Это говорит о том, что сеть является приемником энергии.

16.8. Напряжение на вентиле В1 почти всегда положительно и становится отрицательным только после интервала коммутации в течение угла , который называется углом, предоставляемым тиристору для восстановления вентильных свойств.

Рис. 3.36