Интеллектуальные силовые модули. Автономные инверторы тока
2.3 Расчетные соотношения для трехфазного АИТ с отсекающими диодами
Предположим, что началу отсчета щt = щt2 = 0 (см. рисунок 10) соответствует момент, когда напряжение на конденсаторе C1 uc1 = IпR (начало второй ступени коммутации, см. рисунок 11, в). Согласно второму закону Кирхгофа уравнение равновесия для замкнутого контура имеет вид:
Или
(1),
так как uc1(0) = IпR. Приняв ф1 = L/R и ф2 = CR, начальное значение ic1(0) = 2Iп/3 и, применив преобразование Лапласа, получим решение для тока:
(2),
Где
,
Откуда
(3)
Постоянная А является мнимой частью комплексно сопряженных корней квадратного уравнения, стоящего в знаменателе первого выражения (2). Для докритическогозатухания должно выполняться условие А2 > 0, т. е.
, откуда .
Обратным преобразованием Лапласа выражения (2) получим
(4).
После преобразований выражение для тока конденсатора имеет вид:
(5),
Где
(6)
ц=arctgA(7)
Для момента щt = щt4 (см. рисунок 10) ток перезаряда конденсатора С1 iс1 = 0. Дальнейшему изменению тока препятствует отсекающий диод VD1 (см. рисунок 11, в). С учетом направления тока это условие выполняется в равенстве (5) при , где для принятого начала отсчета t = tк, tк - временной интервал второй ступени коммутации:
(8).
Минимальное напряжение на конденсаторе (см. рисунок 10)
(9).
Максимальное напряжение на конденсаторе Uc1max достигается при двукратном заряде конденсатора на одном периоде при коммутации VT3 и VT5. Его абсолютное значение Uc1min прямо пропорционально току Iп источника и обратно пропорционально корню квадратному коммутирующей емкости.
Время Дt линейного снижения напряжения U до значения IпR (интервал Дщt на рисунок 10) получим из уравнения (9):
Откуда
(10).
Время, необходимое для запирания тиристора tп (на рисунок 10, б интервал щtп), находим из соотношения , откуда .
После преобразований получено условие устойчивой коммутации тиристора:
(11),
где tq -- время выключения конкретного типа тиристора.
Общее время коммутации АИТ:
(12).
Время коммутации не зависит от значения тока Iп источника, а является сложной функцией параметров нагрузки и коммутирующих цепей.
Максимальное превышение напряжения на нагрузке (пик) по сравнению с IпR достигается в момент времени t = tк (на рисунке 10 момент щt4), когда
(12).
Максимальное напряжение на входе АИТ
(13).
При заданных параметрах схемы максимальное напряжение прямо пропорционально току источника.
Напряжение, прикладываемое к диодам в обратном направлении, определяется алгебраической суммой линейного напряжения и напряжения на соответствующем конденсаторе. Максимальное значение этого напряжения равно превышению напряжения, определяемому по формуле (12). А максимальное напряжение, прикладываемое к тиристорам в прямом направлении, равно максимальному линейному напряжению и может быть рассчитано по формуле (13).
Эффективные токи тиристоров, диодов и нагрузки соответственно
(14)
(15)
(16),
где Т -- период изменения тока нагрузки.
Максимальная частота АИТ fmax = 1/Тmin ограничена и значительно меньше, чем у АИН. Это вызывается продолжительным временем коммутации tи, которое в основном зависит от значительной емкости коммутирующих конденсаторов. Вследствие этого в АИТ трудно получить широтное или широтно-импульсное регулирование выходного тока. Для АИТ возможно только амплитудное регулирование входного тока.
2.4 Схемы трехфазных АИТ
Рассмотренная выше схема трехфазного АИТ является наиболее простой и широко применяемой. Однако ей присущи некоторые недостатки, главными из них являются: значительное время коммутации вследствие затягивания перезаряда коммутирующих конденсаторов; высокие перенапряжения на тиристорах, дополнительные потери в отсекающих диодах. Имеются другие схемы АИТ (рисунок 12).
Рисунок 12 - Схемы трехфазных АИТ: а -- схема Саба-Каганова; б -- с ускоренным перезарядом; в -- с групповыми устройствами коммутации; г -- с одноступенчатой коммутацией Ю. Г. Толстова
Существует достаточно большая группа схем АИТ с двухступенчатой коммутацией, например схема Саба-Каганова (рисунок 12, а). Отличительная особенность схем с двухступенчатой коммутацией состоит в том, что коммутация осуществляется в две ступени: на первой ступени ток с основного тиристора (VT1-- VT6) переводится с помощью предварительно заряженного конденсатора С на вспомогательный тиристор (VT7, VT8); на второй ступени с вспомогательного тиристора -- на очередной основной тиристор. Эта схема обладает двумя недостатками: для ее реализации требуется трансформатор Т с выведенной нулевой точкой; коммутация тока из-за наличия индуктивности нагрузки и трансформатора длительна. Возможна схема без трансформатора. В этом случае между парой вспомогательных тиристоров и каждой фазой включается отдельный конденсатор.