Работа параллельного инвертора

В ряде случаев практического применения параллельных инверторов их нагрузка изменяется в процессе работы.

Ниже анализируется работа параллельных инверторов с большой и малой индуктивностью дросселя L_a при переменной нагрузке.

В инверторе с большой индуктивностью L_а, работающем на чисто активную нагрузку r_н, изменение нагрузки ведет к изменению постоянной времени τ = n²Сr_н.

Воспользовавшись зависимостью U_am/E₀(T/τ)  (см. рис. 3-4), нетрудно установить, что с увеличением r_н максимальное напряжение на анодах тиристоров инвертора возрастает, причем тем быстрее, чем больше величина r_н.

Подставив в выражение (3-2) величину U_am из (3-5), получим зависимость для максимального тока через тиристор I_am:

(3-33)

где ω = 2π/Т — генерируемая частота.

Расчеты показывают, что в диапазоне изменения нагрузок r_н, соответствующем изменению величины T/τ от 4 до 12, ток тиристоров изменяется не более чем на 20 %.

Изменение мощности в нагрузке в первом приближении пропорционально изменению тока источника питания I₀, который для рассматриваемого инвертора равен i_a. Поскольку ток i_a оказался практически постоянным в указанном выше диапазоне изменения нагрузки, то постоянна и выходная мощность.

Коэффициент k_в = t_в/T, как следует из рис. 3-4, уменьшается с уменьшением нагрузки, что ухудшает частотные свойства инвертора. Так, в диапазоне постоянной выходной мощности T/τ= 4÷12 величина k_в изменяется почти в три раза.

Из сказанного следует, что с точки зрения обеспечения постоянной мощности в нагрузке при изменении последней желательно выбирать режим работы инвертора таким образом, чтобы величина Т/τ оставалась в пределах от 4 до 12.

Устойчивая работа инвертора может быть нарушена при больших сопротивлениях нагрузки из-за возрастания максимального напряжения на анодах тиристоров, а при малых сопротивлениях — из-за уменьшения времени выключения тиристоров t_в.

Если нагрузка инвертора имеет реактивный характер — последовательно включены индуктивность и активное сопротивление или параллельно включены емкость и активное сопротивление, то могут быть рассмотрены три случая ее изменения.

В первых двух изменяется только реактивная или активная составляющая нагрузки, а в третьем — обе они одновременно. Во всех трех случаях изменение нагрузки ведет к изменению постоянной времени τ = nСr_н.

Когда нагрузка состоит из индуктивности L_н и активного сопротивления r_н„ и изменяется индуктивность L_н, часть компенсирующей индуктивность емкости С_н добавляется к коммутирующей емкости С (в случае уменьшения L_н) и последняя возрастает или, наоборот, часть коммутирующей емкости С добавляется к С_н (в случае увеличения L_н) и емкость С уменьшается.

Если нагрузка включает в себя емкость С_н и активное сопротивление r_н и изменяется С_н, это ведет к соответствующему изменению коммутирующей емкости С, так как С_н является в рассматриваемом случае составной частью емкости С.

Поскольку изменение как активной, так и реактивной составляющих нагрузки ведет к изменению τ, то для учета влияния нагрузки можно воспользоваться методикой, изложенной выше, с той разницей, что для нахождения тока i_a, в случае изменения реактивной составляющей нагрузки удобно пользоваться выражением (3-2), с помощью которого ток может быть получен нормированным относительно Е₀/r'_н.

В инверторе с малой индуктивностью L_a в случае работы с чисто активной нагрузкой r_н изменение последней ведет к изменению не только постоянной времени τ = n²Cr_н, но и добротности Q₂ = r'²_нC'/L_a= n⁴Cr²_н/(4L_a).

Значительное увеличение добротности может привести к появлению режимов с прерывистым током, что нежелательно. Это следует учитывать при проектировании инверторов.

Из табл. 3-1 видно, что при увеличении r_н как и для инвертора с большой индуктивностью L_a, максимальное напряжение на анодах тиристоров U_am возрастает; однако это возрастание меньше, так как рост напряжения за счет уменьшения параметра T/τ сдерживается из-за увеличения добротности Q.

Анализ показывает, что на некотором участке изменения сопротивления нагрузки r_н токи тиристоров I_аm и I_а0 практически постоянны.

Для значений Q= 1÷2 токи изменяются весьма мало при двукратном изменении сопротивления r_н соответствующем изменению величины T/τ в пределах от 4 до 8. Соответственно мощность на выходе инвертора изменяется также весьма мало.

Коэффициент k_в уменьшается с возрастанием нагрузки, причем при изменении T/τ от 4 до 8— примерно в два раза. Изменение отношения t_вmin/t_в, характеризующего устойчивость работы инвертора при включении, не превышает 30—35 % практически при любом изменении нагрузки.

Kак и для инвертора с большой индуктивностью L_а, устойчивая работа может быть нарушена при больших сопротивлениях нагрузки из-за роста величины U_am, а при малых сопротивлениях — из-за уменьшения k_в и t_{в min}.

При реактивной нагрузке влияние ее изменения на работу инвертора может быть оценено с помощью методики, изложенной выше для параллельного инвертора с большой индуктивностью.

Единственное отличие состоит в том, что при изменении реактивной или активной составляющей нагрузки изменяется не только постоянная времени τ, но и добротность Q.

До сих пор предполагалось, что генерируемая частота остается при работе инвертора постоянной. Ее можно изменять путем изменения частоты управляющих импульсов.

Параметры схемы при этом либо изменяются синхронно с частотой управляющих импульсов, либо остаются постоянными.

В первом случае режим работы инвертора сохраняется неизменным, но для изменения параметров схемы требуется введение в нее коммутирующих элементов, увеличивающих габариты и снижающих надежность работы устройства.

Во втором случае изменяется режим работы инвертора. С увеличением частоты или, что то же самое, с уменьшением T/τ напряжение U_am и токи через тиристоры возрастают, причем особенно существенно при малых значениях T/τ.

Для нахождения зависимости времени выключения t_в от частоты следует нормировать его не относительно периода Т, а относительно величины τ, которая остается постоянной при изменении частоты.

При добротности Q<0,7 зависимость t_в/τ(T/τ) имеет монотонный характер, убывая с увеличением частоты (уменьшением T/τ).

Если Q>0,7, то зависимость t_в/τ(T/τ) имеет две экстремальные точки. Для среднего из рекомендованных значений Q = 1,5 максимальное значение t_в соответствует параметру T/τ= 5,0, а в пределах изменения T/τ = 3÷9 величина t_в уменьшается не более чем на 25 %.

Уменьшение времени выключения t_в во время первого цикла работы может быть учтено с помощью зависимостей, приведенных в табл. 3-1.

На основании сказанного можно сделать вывод, что для работы в диапазоне частот желательно выбирать параметры схемы таким образом, чтобы величина T/τ изменялась в пределах от 3 до 9, что обеспечивает меньшие изменения времени выключения t_в, и, следовательно, большую устойчивость работы инвертора.