Переход от режима выпрямления к режиму инвертирования

Инвертированием называется процесс преобразования энергии постоянного тока в энергию переменного тока. Инверторы, ведомые сетью, осуществляют такое преобразование с передачей энергии в сеть переменного тока, т.е. решают задачу обратную выпрямлению.

Ведомые инверторы выполняются по тем, же схемам, что и управляемые выпрямители. Использую приведенную раннее схему однофазного выпрямителя с нулевым выводом трансформатора покажем особенности инвертора (мал.1.25.).

Рис. 1.25. Схема инвертора ведомого сетью.

В качестве источника инвертируемой энергии принята машина постоянного тока М, работающая в режиме генератора. Индуктивность L_d осуществляет сглаживание входного тока инвертора, а реактивные сопротивления Ха₁ и Ха₂ учитывают индуктивности рассеяния обмоток трансформатора и индуктивность питающей сети.

Прежде чем перейти к рассмотрению электромагнитных процессов и характеристик ведомого инвертора, укажем основные положения, отличающие режим выпрямления от режима инвертирования.

При выпрямлении источником энергии является сеть переменного тока. Поэтому при α=0 кривая тока, потребляемого от сети, совпадает по фазе с напряжением питающего напряжения. При L_d=беск. и Ха₁ = Ха₂=0 форма тока близка к прямоугольной. Тиристор Т₁ открыт при положительной полярности напряжения u_2-1, а тиристор Т₂ - при положительной полярности на u_2-2. Машина постоянного тока в схеме рис.1.26. работает в режиме потребления энергии из сети. К машине приложено напряжение U_d с полярностью, указанной в скобках.

При работе в схеме инвертирования машина постоянного тока является источником энергии, а сеть переменного тока – ее потребителем. В условиях сохранения в схеме тех же направлений токов (что определяет наличие тиристоров) генераторному режиму работы машины будет соответствовать полярность. указанная без скобок. Изменение полярности подключения машины к цепи постоянного тока является одним из условий перевода схемы в режим инвертирования.

Рис.1.26. Схема, поясняющая роботу инвертора.

Показателем потребления энергии сетью служит фазовый сдвиг на 180⁰ тока i₁, относительно напряжения u₁ (рис.1.25.). Это означает, что тиристоры схемы в режиме инвертирования должны находиться в открытом состоянии при отрицательной полярности напряжений вторичных обмоток трансформатора. Тиристор 2 – при отрицательной полярности напряжения u_2-2, , а тиристор 1 – при отрицательной полярности напряжения u_2-1 (рис.1.25.). При таком режиме отпирания тиристоров осуществляется поочередное подключение вторичных обмоток трансформатора через дроссель L_д к источнику постоянного тока, благодаря чему достигается, во-первых, преобразование постоянного тока в переменный и, во-вторых, передача энергии в сеть.

Указанному режиму отпирания тиристоров при инвертировании соответствует на рис.. 2.28. значение угла управления α = π, отсчитываемого в направлении запаздывания относительно точек естественного отпирания тиристоров (0, π, 2π и т. д.). Запирание ранее проводившего тиристора при отпирании очередного тиристора в ведомом инверторе осуществляется под действием обратного напряжения, создаваемого напряжением сети со стороны вторичных обмоток трансформатора (чем главным образом и обуславливается название инвертор – ведомый сетью).

Очевидно, что к ранее проводившему тиристору при отпирании очередного тиристора будет приложено обратное напряжение (равное сумме напряжений двух вторичных обмоток) только в том случае, если очередной тиристор отпирается в момент, когда на подключенной к нему обмотке действует напряжение положительной полярности

Рис.1.27. Пояснение режима инверторования

Иными словами, реальное значение угла α при работе инвертора, исходя из условии запирания тиристоров, должно быть меньше π на некоторый угол β т.е. (α = π – β).

Рис. 1.28. Процессы в инверторе.

Если же очередной тиристор отпирать при α = π, то условие для запирания ранее проводившего тиристора не будет выполнено. Тиристор останется в открытом состоянии и создаст короткое замыкание цепи с последовательно включенными вторичной обмоткой трансформатора и источником постоянного тока. Такое явление называется срывом инвертирования или опрокидыванием инвертора.

Угол β, отсчитываемый влево от точек естественного отпирания π, 2π,.., называется углом опережения отпирания вентилей. С углом задержки отпирания α он связан соотношением β = π – α, или = π – α + β = π.

Таким образом, для перевода схемы из режима выпрямления в режим инвертирования необходимо:

· подключить источник постоянного тока с полярностью, обратной режиму выпрямления,

· обеспечить протекание тока через тиристоры преимущественно при отрицательной полярности вторичных напряжений, проводя их отпирание с углом опережения β. Указанные положения использованы при построении временных диаграмм на рис.1.22., иллюстрирующих процессы, протекающие в схеме однофазного ведомого инвертора (рис.1.25.).

Для вышеприведенной схемы инвертирования характерно сохранение прежнего направления тока и изменение направления полярности напряжения. Возможны и другие варианты построения инверторов, это применение реверсивных силовых схемы выпрямителей.