Активно-індуктивне навантаження.

На рис.4.5 побудована векторна діаграма, виходячи з умови забезпечення випередження вихідного струму інвертораІ_І(1) відносно вихідної напруги U_H(1) на заданий кут β. Виходячи з неї можна скласти баланс реактивної потужності

Q_C=Q_H+Q_K,

де Q_C=В_С(U_H(1))²=ωС(U_H(1))² - реактивна потужність конденсатору (В_С – реактивна провідність конденсатору);

Q_H =P_Нtgφ - реактивна індуктивна потужність навантаження, обумовлена зсувом струму навантаження відносно напруги;

Q_K =P_Нtgβ - комутаційна реактивна потужність на комутацію, що визначається кутом β і необхідна для відновлення властивостей тиристорів при вимиканні.

Таким чином

Q_C=P_Нtgφ+P_Нtgβ.

Ємність конденсатору при заданій активній потужності P_Н

. (4.5)

Мінімально необхідне значення кута β звичайно становить декілька градусів, практично з урахуванням відхилень параметрів та перехідних процесів обирають β з значним запасом (20-30градусів).

Активна потужності, що споживається від джерела (P_d =P_Н).

.

Активні складові струму (рис.4.5) навантаження і вихідного струму інвертора однакові І_І(1)cosβ=І_H(1)cosφ.

З урахуванням цього активна потужність

.

Вихідна напруга АІС

. (4.6)

Виходячи з (4.5) і (4.6) можна зробити важливі висновки.

Ємність конденсатору (4.5) залежить від частоти вихідного струму, що призводить до неможливості використання АІС на низьких частотах, коли потребується значна ємність С, окрім того, при цьому збільшується і індуктивність дроселю для фільтрації вищих гармонік, що кратні вихідній частоті.

При зміні коефіцієнта потужності навантаження і незмінної ємності конденсатора змінюється кут β (див. векторну діаграму) і, як наслідок, напруга на навантаженні. Зменшення cosφ приводить до зриву комутації, тому що зменшується кут β.

Таким чином, автономний інвертор струму стабільно працює лише у визначеному діапазоні частот і навантажень, що є його недоліком.

Визначені вище недоліки в певній мірі можуть бути ліквідовані при використанні модифікованих схем інверторів за рахунок:

- введення у схему відсікаючих діодів;

- введенням у схему вентилів зворотного струму [16];

- використанням широтно-імпульсної модуляції вихідного струму [16].

Приклад 4.1. Розрахувати однофазний АІС, що використовується для живлення навантаження зР_НОМ=15 кВт,U_НОМ=220 В,η_НОМ=0.9, f=400 Гц, cosφ=0.8.

Розв’язання.

Номінальний струм і напругу навантаження прирівнюємо першій гармоніці =94.7 А.

Згідно векторній діаграмі (рис. 4.5) діюче значення першої гармоніки вихідного струму інвертору І₁₍₁₎ .

На попередній стадії розрахунку приймаємо кут β=20º.

Відтоді отримуємо значення І_І(1) =80.6 А .

Значення струму і напруги у колі постійного струму згідно (4.1) і (4.6):

= 89.5 А, =186.2 В.

Середнє значення струму тиристору І_VТCP=І_d/2=44.75 А.

Амплітуда першої гармоніки вихідної напруги АІС виходячи з напруги навантаження U_НМ(1)=√2U_НОМ=311 В. Значення зворотної напруги на тиристорі приймаємо з подвійним запасомU_НМ(1)=2U_НМ(1)=622 В.

Таким чином, з запасом за струмом (1.3·44.75=58.2А) обираємо тиристор Т142-63-7 для якого t_ВІДН=10 мкс.

Відповідний кут β=2πf·t_ВІДН=0.0251 рад, що становитьβ=1.44º. Тобто прийняте вище значенняβ перевищує отримане у 14 раз (обрано з запасом).

Ємність конденсатору на виході АІС

=0.000137Ф=137 мкФ.

Якщо значення β прийняти 10º ємність конденсатору С=114 мкФ, що не суттєво, окрім того відхилення параметрів схеми, у тому числі ємності конденсатору може перевищувати 20-40%.

Збільшення β призводить до деякого збільшення навантаження тиристорів за струмом (у даному випадку лише на 5%).