При а = 0 £экв= L и при а = я/2 L9KB =00.

Индуктивно-тиристорный компенсатор получил наибольшее применение в трехфазных АИТ. Узел компенсации здесь состоит из трех соединенных треугольником индуктивно-тиристорных цепочек (рис. 8.39, а). Благодаря такому соединению в кривой линейных токов iKA, iKB, i c отсутствуют гармоники, кратные трем. Кривая линейного тока компенсатора близка к синусоиде (рис. 8.39, б) и, по существу, состоит из суммы первых гармоник токов двух межфазных индуктивно-тиристорных цепочек.

Применение индуктивно-тиристорного компенсатора в АИТ имеет существенное преимущество перед обратным выпрямителем. Оно обусловлено тем, что при регулировании и стабилизации выходного напряжения компенсатор практически не потребляет активной мощности, в связи с чем потери мощности в системе малы. В АИТ с обратным выпрямителем (как неуправляемом, так и управляемом) стабилизация и регулирование осуществляются с потреблением части активной мощности от инвертора и возвращением ее в источник питания. В результате циркуляции активной мощности в цепи источник питания - инвертор - обратный выпрямитель в системе наблюдаются потери энергии. Эти потери возрастают с уменьшением тока нагрузки, особенно при переходе к режиму холостого хода, когда вся преобразованная мощность инвертора передается через обратный выпрямитель вновь в источник питания.

§ 8.8. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ РЕЗОНАНСНЫЙ ИНВЕРТОР БЕЗ ОБРАТНЫХ ДИОДОВ

Резонансные автономные инверторы (АИР) предназначены для преобразования постоянного напряжения в переменное напряжение повышенной частоты (от 500 -1000 Гц до 5-10 кГц и выше). Одной из основных областей применения таких преобразователей является электротермия (индукционная плавка металла, индукционный нагрев и закалка изделий). АИР находят применение и в качестве источников переменного напряжения повышенной частоты, а также используются для преобразования постоянного напряжения одной величины в постоянное напряжение другой величины. В последнем случае выходным напряжением преобразователя является выпрямленное и сглаженное напряжение инвертора.

АИР обычно выполняют однофазными (преимущественно по мостовой схеме) с использованием однооперационных тиристоров. Конденсатор в АИР может включаться параллельно нагрузке или последовательно с ней. В зависимости от этого различают параллельные и последовательные АИР. Процессы, протекающие в АИР, характеризуются колебательным (резонансным) перезарядом конденсатора в цепи с индуктивностью, в которую может входить индуктивность нагрузки.

Параллельные АИР выполняют по схеме рис. 8.19, а, в которой индуктивность Ld и конденсатор С рассчитывают так, чтобы при от-

пираний пары накрест лежащих тиристоров (Ть Т2 или Ts, Tt) Прп. цесс перезаряда конденсатора имел колебательный характер и За канчивался в течение полупериода. В результате ток инвертора i имеет форму двуполярных импульсов в виде полуволн синусондь® а входной ток id получается прерывистым. Если паузы между окон чанием протекания тока через одну пару тиристоров и моментом отпирания тиристоров следующей пары малы или равны нулю, то напряжение на нагрузке близко к синусоиде.

На практике в АИР чаще используют последовательное или последовательно-параллельное включение конденсаторов.

На рис. 8.40 приведена простейшая схема резонансного инвертора, состоящая из инверторного моста на тиристорах Т Х-Т4 и последовательно включенных в его диагонали конденсатора С, нагрузки ZH и дополнительного дросселя L.

Кривая тока выходной цепи инвертора ia(t) (тока нагрузки г'а)

Рис. 8.40. Простейшая схема АИР

Рис. 8.41. Временные диаграммы, иллюстрирующие электромагнитные процессы в схеме рис. 8.40.

формируется путем попарного отпирания накрест расположенных тиристоров инверторного моста (рис. 8.41, а, в). Характер зависимости tH(/) обусловливается колебательным процессом перезаряда конденсатора С с частотой

последовательного колебательного контура, образованного реактивными элементами выходной цепи, при его подключении проводящими тиристорами к источнику питания Е.

В рассматриваемой схеме частота собственных колебаний контура /о связана с частотой следования отпирающих импульсов на тиристоры инверторного моста (т. е. с выходной частотой / инвертора) соотношением / > /. Благодаря этому колебательные процессы перезаряда конденсатора (с близким к синусоидальному законом изменения тока is == ij заканчиваются до отпирания очередной пары тиристоров инвертора (рис. 8.41, а, в, г), а в кривых тока нагрузки и источника питания создаются паузы. Токовая пауза необходима для проведения операции запирания проводившей пары тиристоров перед отпиранием очередной пары. По окончании перезаряда (например, к моменту времени (4) напряжение на конденсаторе UСт> Е, в связи с чем к проводившим тиристорам (в данном случае тиристорам Т3, ТА) прикладывается запирающее обратное напряжение, равное Фет -~ (рис. 8.41, е). Длительность перезарядных процессов конденсаторов, равная половине периода собственных колебаний контура Т0/2 = 1/(2/0), определяет длительности открытого состояния тиристоров и двуполярных импульсов кривой напряжения инвертора ип (рис. 8.41, б). Наличие в кривой тока нагрузки паузы характеризует работу АИР с естественным режимом запирания тиристоров. Необходимое при этом различие в частотах Д> и / подчиняется условию поддержания на проводивших тиристорах требуемой длительности обратного напряжения с целью их запирания:

где /п.в - время, предоставляемое тиристору для восстановления запирающих свойств; k3aa = 1,2- 1,5 - коэффициент запаса; tB - время выключения тиристора.

Метод основной гармоники, допускающий использование векторных диаграмм, является удобным для анализа резонансных инверторов. Предпосылкой его применения служит близкая к синусоиде форма кривой выходного тока инвертора и напряжения на конденсаторе (рис. 8.41, в, д), если пауза в кривой тока in достаточно мала. В этом случае паузу можно вообще не учитывать. Другими словами, анализ проводят для граничного режима, временные диаграммы для которого приведены на рис. 8.42, а-д (такой режим в схеме рис. 8.40 возможен лишь при идеальных тиристорах, у которых 4 = 0).

Выходное напряжение инвертора (напряжение иш), имеющее вид двуполярной импульсной кривой (рис. 8.42, б), заменяют его первой гармоникой:

п.в

(8.37)

Анализ АИР методом основной гармоники

ЫИ(1) = Uvm{\) Sin Ы,

(8.38)

где (7ит(1)=- - амплитуда первой гармоники;

ш = ш0 = yi/(L + La) С - угловая выходная частота.