Диаграммы токов и напряжений в схеме параллельного инвертора при индуктивной нагрузке для этого случая приведены на рис. 4-2.
 |
Предположим, что в первоначальный момент времени тиристор Т1 открыт, его ток ia1 имеет постоянное значение и равен току нагрузки Iн. Поскольку падением напряжения на тиристоре и элементах схемы, в частности на обмотке дросселя L', можно пренебречь, то потенциал правого по схеме зажима трансформатора Тр (точка Z) равен Е'0, напряжение uс на конденсаторе С равно E'0, а напряжение на аноде тиристора Т2 равно 2Е'0. При отпирании тиристора Т2 в момент t0 потенциал точки Y становится равным — Е'0. Так как потенциал точки Z остается неизменным (напряжение на конденсаторе С не может измениться мгновенно), то к обмотке дросселя L", соединенной с анодом тиристора T2, скачком прикладывается напряжение uL = 2 E'0. ЭДС такого же значения индуктируется в обмотке L', соединенной с катодом тиристора T1; напряжение uа1 на аноде тиристора T1 оказывается обратным и тем самым запирает его. При введенном допущении, что ток нагрузки остается неизменным за время коммутации, необходимо, чтобы при включении тиристора Т1 ток iа2 через тиристор Т2 скачком возрос до Iн. Это сохраняет неизменной энергию, запасенную в обмотке L". |
Рис. 4-2. Диаграммы токов и напряжении для параллельного инвертора с обратными диодами и практически прямоугольной формой выходного напряжения при индуктивной нагрузке
Конденсатор С при этом обеспечивает ток в нагрузке и через тиристор Т2, т. е. его ток ic скачком возрастает до 2Iн. После включения тиристора Т2 конденсатор перезаряжается с помощью нижнего по схеме источника питания.
Напряжение uс на конденсаторе С, равное напряжению на нагрузке ин, и напряжение uа1 на тиристоре T1 уменьшаются по абсолютному значению и в момент t1 становятся равными нулю, а затем изменяют свой знак на противоположный.
В течение времени от момента t0 до t1 напряжение на аноде тиристора T1 оказывается отрицательным, и это время является схемным временем выключения tв.
В момент времени, когда потенциал точки Z станет равным — Е'0, напряжение на коммутирующей обмотке L' станет равным нулю, а ток ia2 достигнет своего максимального значения Iam.
Соответственно в течение того же времени ток ic конденсатора С также возрастет и станет равным сумме Iн + Iam. Если бы обратные диоды были подключены к точке Z вместо Z', то диод Д2 открылся бы.
При этом в контуре, состоящем из элементов L", Т2, Д2, протекал бы ток до тех пор, пока энергия L"I2am/2, запасенная в обмотке L", не рассеялась бы в виде потерь в этих элементах. Последнее должно было бы снизить КПД инвертора.
Одновременно через диод Д2 начал бы протекать ток нагрузки, возвращая энергию, запасенную в индуктивности нагрузки, источнику питания. Это продолжалось бы до тех пор, пока ток нагрузки не изменил бы своего направления на противоположное.
При подключении обратных диодов к точке Z' энергия, запасенная в обмотке коммутирующего дросселя с индуктивностью L", так же как и в обмотке дросселя нагрузки, возвращается источнику питания.
Диод Д2 в этом случае отпирается в момент t2 достижения в точке Z' потенциала — Е'0. Токи ia2 тиристора Т2 и ic конденсатора С к указанному моменту несколько уменьшаются по сравнению со своими максимальными значениями, напряжение на конденсаторе С и напряжение на аноде тиристора T1 увеличиваются и становятся соответственно больше Е'0 и 2Е'0, а напряжение на обмотке коммутирующего дросселя становится отрицательным.
Поскольку часть обмотки n (рис. 4-1) выбирается обычно небольшой (0,1—0,2), то указанные выше изменения токов и напряжений невелики. Действительно, диод Д2 ограничивает напряжение на обмотке трансформатора, расположенной слева от точки Z, значением Е'0.
Соответственно на секции обмотки ZZ' индуктируется ЭДС nЕ'0/(1—n). Эта ЭДС прикладывается к обмотке L", и напряжение на тиристоре T1 возрастает на 2nЕ'0/(1—n), становясь равным 2Е'0/(1—n).
Напряжение на конденсаторе С равно Е'0/(1— n). В контуре, состоящем из элементов L", Т2, Д2 и секции ZZ', протекает ток, индуктируемый обмоткой Z'Z в обмотке, расположенной слева от точки Z', отдавая энергию, запасенную в обмотке L", источнику питания.
Этот ток, равный току ia2, будет уменьшаться примерно по линейному закону от значения, близкого к Iam до нуля за время
(4-1)
Через диод Д2 с момента его включения протекает ток нагрузки, отдавая энергию, запасенную в обмотке дросселя нагрузки, источнику питания. Ток через конденсатор С в момент включения диода Д2 прекращается. Таким образом, ток ia а диода Д2 скачком возрастает до значения (Iн+Iam)/(1—n) и далее уменьшается по линейному закону.
В момент t3 ток, протекающий в контуре L", Т2, Д2, ZZ', становится равным нулю, и тиристор Т2 выключается. Диод Д2 остается открытым, так как ток нагрузки еще не изменил своего направления на противоположное и замыкается через него.
Напряжение конденсатора С остается равным Е'0/(1—n), а напряжение, индуктированное в секции ZZ', оказывается приложенным в качестве обратного к тиристору Т2.
В момент t4 ток нагрузки изменяет свое направление, диод Д2 запирается и возрастающий ток нагрузки поддерживается разрядом конденсатора С до тех пор, пока потенциал точки Z не становится равным — Е'n.
После этого открывается тиристор Т2. Чтобы обеспечить ему эту возможность после того, как к нему было приложено отрицательное напряжение с обмотки Z'Z, следует продлить управляющий импульс до момента t5 и даже несколько более.
Ток нагрузки, возросший до определенного значения в интервале от t4 до t5, вызывает колебательный процесс в контуре L"C, который постепенно затухает под действием потерь в нагрузке и самом контуре. На этом процесс коммутации заканчивается, и ток нагрузки возрастает до своего установившегося значения Iн.
Аналогичные процессы происходят в другом полупериоде выходного напряжения, когда запирается тиристор Т2 и открывается Т1.
Если активное сопротивление нагрузки велико, а индуктивность мала, то ток нагрузки может изменить свое направление до момента окончания тока в контуре L", Т2, Д2, Z'Z.
При этом диод Д2 выключается в момент, когда возрастающий ток нагрузки нового направления становится равным току в контуре L", Т2, Д2, Z'Z.
