Объясните ход входных и выходных характеристик АИТ

Автономные инверторы (АИ) − это, как указывалось выше, преобразователи постоянного тока в переменный, которые работают на сеть, в которой нет других источников электроэнергии. Коммутации вентилей в них осуществляются благодаря применению полностью управляемых вентилей или устройств искусственной коммутации. При этом частота напряжения на выходе АИ определяется частотой управления, а величина напряжения параметрами нагрузки и системой регулирования

(на рисунке г нинужно, а редактора под рукой нет )

Автономные инверторы тока (АИТ). На входе АИТ действует источник тока, образованный источником ЭДС и большой индуктивностью форма тока на выходе вентильной группы прямоугольная, а форма напряжения определяется характером нагрузки (рис. а – б). Нагрузка может быть только активной или активно-емкостной, т.к. при активно-индуктивной нагрузке ток не может мгновенно изменить направление. Рассмотрим работу схемы при активно-емкостной нагрузке. В момент t 1 начинают проводить тиристоры V1,V2; в момент t 2 тиристоры V1,V2 выключаются, а тиристоры V3, V4 включаются. Ток через нагрузку меняет направление. Под действием проходящего тока напряжение на нагрузке изменяется по экспоненте;

20.Поясните работу выпрямителей с умножением напряжения. Какой внешней характеристикой обладают такие выпрямители?

Выпрямители с емкостным фильтром позволяют реализовать схемы с умножением напряжения, в результате чего можно получать удвоенное, утроенное и т.д. напряжение по сравнению с напряжением однополупериодного выпрямителя.

Принцип работы схем с умножением напряжения основан на использовании нескольких конденсаторов, каждый из которых заряжается от одной и той же обмотки трансформатора через соответствующий диод. По отношению к нагрузке конденсаторы оказываются включенными последовательно, и их напряжения суммируются. Схемы умножения можно использовать и с прямым включением в сеть переменного тока. Различают симметричные и несимметричные схемы умножения напряжения.

Симметричная схема удвоения напряжения (рис. 4.4, а) состоит из двух однополупериодных выпрямителей. Конденсатор С1 заряжается через диод VD1 во время первой полуволны ЭДС е₂, а конденсатор С2 - через диод VD2 во время второй полуволны ЭДС е₂. При равенстве емкостей конденсаторов С1 и С2 напряжение на нагрузке при холостом ходе равно удвоенному значению напряжения на конденсаторе. В реальных условиях (под нагрузкой) в связи с тем, что заряд одного конденсатора сопровождается одновременным разрядом другого через сопротивление нагрузки, это напряжение становится меньше.

Пульсации выпрямленного напряжения (рис. 4.4, б) имеют удвоенную частоту по отношению к частоте питающего напряжения. При холостом ходе среднее значение выпрямленного напряжения

(4.9)

Рассчитывать такой выпрямитель можно по упрощенной методике, рассмотренной выше. В этом случае расчетное напряжение необходимо брать вдвое меньше напряжения на нагрузке, величины функций B(q), D(q), F(q) определять при m _п=1, а величину функции H(q) - при m _п =2.

Рис. 4.4. Симметричная схема удвоения напряжения (а) и временные диаграммы токов и напряжений (б)

Максимальное значение обратного напряжения на диоде в симметричной схеме удвоения напряжения равно среднему значению выпрямленного напряжения.

4.5. Внешняя характеристика выпрямителя с ёмкостным фильтром

Главным недостатком выпрямителя с ёмкостным фильтром является сильная зависимость выходного напряжения от тока нагрузки. Внешняя характеристика выпрямителя определяется уравнениями

или в относительных единицах

(4.10)

Рис. 4.6. Внешняя характеристика выпрямителя с ёмкостным фильтром в относительных единицах

Выражение (4.10) представляет собой обобщенную внешнюю характеристику выпрямителя, изображенную графически на рис. 4.6.

Как следует из рис. 4.6, внешняя характеристика выпрямителя круто падающая, поэтому не рекомендуется использовать такой выпрямитель для питания потребителей с переменной нагрузкой, так как напряжение на выходе выпрямителя будет изменяться по величине. Однако этот недостаток можно устранить, применив стабилизатор напряжения в нагрузке.

1) Поясните работу выпрямителей с умножением напряжения. Какой внешней характеристикой обладают такие выпрямители?

Классическая (симметричная) схема удвоения состоит из двух однотактных выпрямителей, каждый из которых использует свою полуволну напряжения.

Напряжение на нагрузке складывается из напряжений на конденсаторах С1 и С2. Если пульсации малы, то постоянная составляющая на каждом конденсаторе U01 ≈ U2m, а напряжение на нагрузке U0 ≈ 2U2m. Кроме того, при сложении компенсируется первая и все нечетные гармоники пульсаций. Поэтому схема ведет себя как двухтактная, хотя и состоит из двух однотактных схем. Недостатком симметричной схемы удвоения, с точки зрения безопасности, является отсутствие общей точки нагрузки и трансформатора.

Используется также и несимметричная схема удвоения, её отличием от предыдущей является то, что нагрузка имеет общую точку с трансформатором. Поэтому их можно соединить с корпусом, при этом основная частота пульсаций равна частоте сети.

Нагрузку можно подключить к любой группе конденсаторов и получить чётное или нечётное умножение. На схеме показано чётное умножение - напряжение на нагрузке U0 ≈ 6Um2. Обычно такие умножители собирают в виде единого блока и заливают компаундом. Число конденсаторов в схеме равно коэффициенту умножения.

Расчетные соотношения для рассмотренных схем можно найти в справочнике. Недостатком схем умножения является их высокое внутреннее сопротивление и низкий коэффициент полезного действия вследствие большого числа перезарядов.

21. Какие причины приводят к опрокидыванию инвертора ведомого сетью?

Рисунок 1 – Схема однофазного мостового зависимого инвертора

Характерной особенностью работы зависимого инвертора является то, что в течении времени, большего половины непроводящей части периода, напряжение на тиристоре положительно и он удерживается в запертом состоянии лишь управляющим импульсом, поскольку отрицательная постоянная составляющая напряжения Ud может уравновешиваться лишь положительной постоянной составляющей напряжения на тиристоре.

Тиристор должен успеть восстановить свои запирающие свойства за промежуток времени, в течении которого напряжение на тиристоре, вышедшем из работы, остается отрицательным. Этому времени соответствует угол δ. В противном случае тиристор вступает в работу, т.е. начинает проводить ток. ЭДС вентильной обмотки при этом не препятствует, как это должно быть при инвертировании, а содействует протеканию тока. Поэтому ток под действием двух согласно направленных ЭДС – ЭДС вентильной обмотки трансформатора и ЭДС внешнего источника цепи постоянного тока – резко возрастает. Этот режим является аварийным и называется опрокидыванием инвертора. Таким образом для устойчивой работы инвертора необходимо, чтобы угол δ превышал угол восстановления запирающих свойств тиристора.

Возможна и другая причина опрокидывания инвертора, связанная с неполадкой в управлении тиристором – пропуск отпирания очередного тиристора. Если не произошла коммутация в тиристоре Т2, в работе остается вентиль Т1; выпрямленное напряжение становится положительным и, действуя, согласно с противоЭДС, приводит к нарастанию тока, т.е. аварийный процесс имеет тот же характер, как и повторном вступлении тиристора в работу.

Инвертор, ведомый сетью, или зависимый инвертор, характеризуется тем, что в процессе преобразования энергии из постоянного тока в переменный, форма его напряжения и его частота определяется сетью, в которую он передает энергию. Это и отличает его от автономного инвертора тока, форма выходного напряжения которого определяется характером нагрузки и силовой схемой, а частота – задающим генератором. Процесс инвертирования с рекуперацией энергии в сеть рассмотрим на следующей диаграмме.

Рисунок 1.12

Временная диаграмма построена для угла управления α=135о, что соответствует углу опережения отпирания β=45о, так как α+β=180о.

В свою очередь угол опережения отпирания равен: β=γ+δ (1)

где γ - угол коммутации, который зависит от параметров схемы и величины тока инвертирования; δ - угол запирания.

Угол запирания δ представляется вентилю для восстановления запирающих свойств. Если известно время, необходимое для восстановления запирающих свойств вентиля tзап., то этот угол будет: δ0=ω∙ tзап.

Фактический угол δ>δ0 должен быть больше. Несоблюдение этого неравенства может привести к тому, что фактическое время будет меньше: tфак.<tзап.

Тогда, поскольку на интервале δ вентиль не обрел своих запирающих свойств в силу молодости отведенного для этого времени, то в дальнейшем вентиль остается открытым. Прямое напряжение в цепи «фаза – вентиль – э.д.с. двигателя» действует согласно с последним. В этом случае начинается аварийный процесс нарастания тока (опрокидывание инвертора).

Рисунок 1.13

Различают однофазное и двухфазное опрокидывание инвертора.

Однофазное опрокидывание возникает из-за срыва одной очередной коммутации тока в вентилях и характеризуется тем, что ЭДС двигателя оказывается замкнутой накоротко через два вентиля, подключенных встречно к одной и той же фазе трансформатора.

Так, например, если в трехфазной мостовой схеме (рис. 1.13) нарушается нормальная коммутация вентилей 1 – 3 катодной группы, то после нормальной коммутации вентилей 2 – 4 анодной группы, оказываются одновременно открытыми вентили 1 и 4, подключенные к фазе А. Вентили 1, 4 закорачивают ЭДС двигателя.

Однофазное опрокидывание инвертора возможно из-за пропуска очередного импульса управления вентилем. В этом случае предыдущий вентиль своевременно не будет закрыт и находится в открытом состоянии, когда его анодное напряжение становится положительным.

Двухфазное опрокидывание инвертора обусловлено срывом двух очередных коммутаций токов в вентилях и характеризуется тем, что ЭДС двигателя оказывается замкнутой накоротко через две фазы трансформатора и два соответствующих вентиля.

Причиной опрокидывания инвертора может быть так же самопроизвольное включение одного из вентилей (прорыв инвертора). Зависимый инвертор весьма чувствительный к колебаниям сети, это может привести к тому, что при понижении сети увеличивается ток нагрузки, а это в свою очередь приводит к смещению точки естественной коммутации в строну опережения, что и обусловит уменьшение угла β.

22. Какие вы знаете способы улучшения качества выходного напряжения АИН?

Практические задания