6.3. ОДНОФАЗНЫЙ ВЕДОМЫЙ СЕТЬЮ ИНВЕРТОР

Инвертор, ведомый сетью (зависимый инвертор), передает энергию из сети постоянного тока в сеть переменного тока, напряжение и частота в которой заданы другими, более мощными источниками переменного тока.

Однофазная нулевая схема зависимого инвертора представлена на рис. 6.6. Сравнение ее со схемой управляемого выпрямителя рис. 6.1, а показывает полную идентичность их элементов; различие заключается только в том, что вместо нагрузочного резистора в инверторе включен источник энергии постоянного тока , полярность которого противоположна полярности выходного напряжения выпрямителя. Поэтому одна и та же вентильная схема может использоваться и в выпрямительном, и в инверторном режиме, и речь идет не столько о различных преобразователях, сколько о выпрямительно-инверторном преобразователе, способном функционировать в двух названных режимах, отличающихся направлением потока выпрямителе энергия из сети переменного тока поступает в цепь постоянного тока , в инверторе — из сети постоянного тока () в сеть переменного тока. Напряжение и ток в инверторе называются входными.

Рис. 6.6. Однофазный ведомый сетью инвертор

Вернемся к временным диаграммам рис. 6.2, в. На интервале полярность и направление совпадают (схема рис. 6 1,6), следовательно, мощность передается из цепи переменного тока в нагрузку. На интервале ток течет в прежнем направлении, а напряжение меняет знак, следовательно, цепь постоянного тока возвращает энергию в сеть переменного тока (рис. 6.1,в). Очевидно, что в инверторном режиме второй интервал, при котором энергия передается в сеть переменного тока, должен быть длиннее первого, т. е. или

Выражение (6.4) — это первое условие осуществления инверторного режима. Второе условие — это работа цепи постоянного тока, в режиме источника энергии, для этого полярность напряжения и направление тока должны быть противоположны.

Подключение источника минусом к катодам тиристоров приводит к возрастанию длительности протекания тока через тиристоры инвертора , и при осуществляется режим непрерывного тока.

На рис. 6.7, а представлены временные диаграммы при работе зависимого инвертора без учета процессов коммутации (полагаем ). Сравнение диаграмм рис. 6.7, о и 6.2, в показывает, что в этих диаграммах различны только значения угла управления: в выпрямителе и в инверторе.

Рис. 6.7. Временные диаграммы токов и напряжений в однофазном ведомом сетью инверторе при

В момент подается управляющий импульс на тиристор V1, при открывании тиристора , ток протекает через верхнюю полуобмотку трансформатора, тиристор V1 и цепь постоянного тока . При этом напряжение и ток имеют одно направление и энергия передается из цепи переменного тока в цепь постоянного тока. В момент изменяется полярность начинается передача энергии из цепи постоянного тока в цепь переменного тока. Протекание тока через V1 при отрицательном напряжении на аноде обеспечивается приложением к катоду отрицательного потенциала источника .

В момент управляющий импульс подается на V2, и процесс повторяется.

На рис. 6.8, а показана полная регулировочная характеристика вентильного преобразователя в режиме непрерывного тока. При и преобразователь является выпрямителем, при — осуществляется инверторный режим.

Рис. 6.8. Регулировочная. характеристика выпрямительно-инверторного преобразователя в режиме непрерывного тока (а), регулировочная (б), входная и ограничительная (в) характеристики ведомого сетью инвертора

При рассмотрении инверторов используются обозначения: (показан на рис. 6.7, а) — угол опережения и — противо-ЭДС инвертора. Подставив в уравнение регулировочной характеристики (6.2) , получим . Зависимость называется регулировочной характеристикой ведомого сетью инвертора (рис. 6.8, б); она представляет собой симметричное отображение части характеристики рис. 6.8, а.

При отсутствии потерь в дросселе среднее значение напряжения должно быть равно напряжению источника . При увеличении возрастает ток . Учтем влияние анодных индуктивностей (см. § 6.2.4) на коммутационные процессы. Временные диаграммы представлены на рис. . Индуктивности трансформатора препятствуют нарастанию и спаду анодных токов, поэтому на протяжении угла коммутации у V1 и V2 открыты одновременно, при этом Как и в управляемом выпрямителе, коммутационное падение напряжения их уменьшает положительную часть , среднее значение с ростом и у уменьшается, увеличивается.

Среднее значение напряжения рассчитаем по (6,3), поскольку данное выражение справедливо в режиме рывного тока при любом .

Подставив в (6,3) , получим

или

(6-5)

Зависимость (рис. 6.8, в) называется входной характеристикой инвертора (ток — входной ток, напряжение — входное напряжение). Выражение (6.5) позволяет связать напряжение источника со средним значением

При увеличении при увеличивается и увеличивается мощность, передаваемая в сеть переменного тока. Если при увеличении необходимо поддерживать , надо увеличить а, т. е. уменьшить ; при этом также возрастает мощность, передаваемая со входа инвертора в сеть переменного тока Максимальное значение инвертируемой мощности достигается при . Однако этот режим в реальных инверторах на однооперационных тиристорах, как показывается ниже, неосуществим и углы управления ограничены значениями .

Рассмотрим кривую анодного напряжения на тиристоре V1 на временных диаграммах рис. 6.7, б. Для осуществления надежного запирания тиристора после того, как через него проходил ток, необходимо, чтобы в течение интервала, длительность которого не менее , к тиристору было приложено обратное напряжение. Время выключения является паспортным параметром тиристора (см. § 1.8). По диаграммам рис. 6.7, б видно, что отрицательное анодное напряжение поддерживается на тиристоре на интервале длительностью . Следовательно, надежное запирание тиристоров выполняется при условии (р—ограничивающем угол . При невыполнении этого условия тиристор при появлении на аноде положительного напряжения вновь включится в работу без управляющего сигнала. Одновременная проводимость двух тиристоров инвертора приведет к короткому замыканию трансформатора и источника постоянного тока, дальнейшая коммутация тиристоров окажется невозможной и возникнет аварийный режим, называемый опрокидыванием инвертора.

Как видно из рассмотренного описания работы инвертора, коммутация вентилей, т. е. выключение одного из них при отпирании другого и переход на него тока , осуществляется, как и в выпрямителе, за счет переменного напряжения сети. Если это напряжение почему-либо исчезнет, например при коротком замыкании в сети, коммутация окажется невозможной и произойдет опрокидывание инвертора. Эта зависимость работы инвертора от напряжения сети отражена в его названии: инвертор, ведомый сетью, или зависимый инвертор.

В режиме угол коммутации , максимальное значение , при котором возможна коммутация, . При увеличении тока растет угол коммутации , увеличивается и уменьшается (). Зависимость называется ограничительной характеристикой ведомого инвертора, она показана на семействе входных характеристик рис. 6.8, в. Устойчивая работа инвертора без опасности опрокидывания возможна только при выборе таких значений тока и угла , которые соответствуют значениям , лежащим ниже ограничительной характеристики ОХ: .

Ведомые сетью инверторы широко используются в преобразовательной технике. Наряду с инверторами, которые работают постоянно (например, на приемном передачи постоянного тока), существуют преобразователи, которые попеременно работают в выпрямительном и инверторном режиме. Например, перевод преобразователя для электропривода с двигателем постоянного тока в инверторный режим позволяет осуществить ускоренное торможение этого двигателя.