книги из ГПНТБ / Васильев, А. С. Статические преобразователи частоты для индукционного нагрева

частоты переключения вентилей. Во вторую диагональ через конденсатор Ср включается нагрузка.

При работе схемы могут возникать режимы непре­ рывного пли прерывистого тока, связанные с различны­ ми состояниями преобразовательного моста. Начало работы схемы отнесем к моменту, когда конденсатор Ср заряжен и полярность его соответствует полярности вы­ прямителя (рис. 44). Допустим, что сигнал подан на

Рис. 44. Формы токов и напряжении в схеме с удвоением частоты

тивности.

управляющие электроды вентилей Д , Д , в контуре Ск—U —Ср—R происходит колебательный процесс. Обратная полуволна тока в течение времени U замыкает­ ся через тот же контур Ск—LK—Ср—R и через обратные вентили Д , В&. Дальнейшее развитие колебательного процесса невозможно, так как управляемые вентили запираются.

В конце интервала проводимости конденсатор Ск перезарядится и полярность напряжения на нем изме­

цу этого полупериода состояние в схеме будет соответ­ ствовать начальному.

111

Естественно, что ток в нагрузке будет иметь форму, обусловленную повторяющимся колебательным процес­ сом в течение половины лолупериода без постоянной составляющей. Для процесса в нагрузочной цепи без­ различно, в каком направлении будет перезаряжаться

диода. В моменте паузы прямое напряжение распре­ деляется между вентилем и коммутирующим конден­ сатором Ск. Когда в момент, соответствующий по­ ловине периода задающей частоты, открываются вен­ тили другого плеча, то прямое напряжение на рассмат-

112

ния на неработающих прямых вентилях п прохождению тока через обратные вентили. Такая самостабилизация режима работы схемы напоминает картину в ламповых генераторах, когда увеличение напряжения на нагрузке приводит к перенапряженному режиму работы лампы с провалом в импульсе анодного тока, который появля­ ется в этом случае. Провал в импульсе анодного тока, как известно, приводит к уменьшению амплитуды пер­ вой гармоники анодного тока н мощности генератора.

Остановимся подробнее на оценке режимов работы схемы преобразователя. Анализ будем вести при допу­ щениях:

1) индуктивность входного реактора L,i примем рав­ ной бесконечности, т. е. схема питается от источника постоянного тока;

2) пренебрежем активными сопротивлениями комму­ тирующих элементов п сопротивлением вентилей пря­ мому току;

3)пренебрежем обратным током вентилей;

4)рассмотрим работу схемы на активную нагрузку. При этих предположениях матрица линейной части

цепи для различных состояний преобразовательного моста будет меняться следующим образом:

в момент непроводимости моста в схеме протекает

ток

направления токов представлены на эквивалентной схе­ ме рис. 47,а; в момент проводимости всех четырех пле­ чей вентильного моста

> i-D + « + ( c ! r + г т ) 0 - ] ‘'. +

11-- I d.y

1 1 4

цепи.

Если нормировать токи относительно вынужденной составляющей

в этом случае известны н равны полупериоду задающей частоты, неизвестные постоянные интегрирования легко

в коммутирующем контуре вдвое ниже частоты в на­ грузочной цепи. Из (223)

(225)

( р [s iп Ф — <?-a s i n ( n / i i — ф)]

(226)

(Р - 1) (в* + п*/г?)

J

Рассмотрим режим работы преобразователя, когда преобразовательный мост может либо проводить ток через два плеча, либо все плечи моста заперты — пауза (режим прерывистого тока — рис. 44). В данном случае в решении помимо неизвестных постоянных интегриро­ вания, входящих линейно, появляется еще одно неиз­ вестное — интервал проводимости вентильной ячейки /к. Условия переключения в данном случае:

*к(0) = 0;

(227)

*к ( * к ) = 0 .

Условие периодичности аналогично (224)

]

[ iadt = 0,

6

однако подынтегральная функция, т. е. ток нагрузки, определяется здесь по-разному на разных интервалах линейности:

116

Так как постоянные интегрирования А и ф легко вы­ ражаются через неизвестный интервал (к, то система сводится к решению одного трансцендентного уравне­ ния. Действительно, из условия переключения гк(0)=0 находим:

к cos я/г,/к — 1

Подставив (228) п (229) в условие периодичности, получим трансцендентное выражение для определения

Граница интервала линейности получается здесь как функция параметров схемы преобразователя. Приняв ^к=1, получим уравнение, определяющее то сочетание параметров схемы (щ, (3, а), которое соответствует границе между режимом непрерывного и прерывистого тока коммутирующего контура:

(3+Д(я, iii, tK)=0.

На рис. 48 показан вид функции F(a, щ, tK)\ функ­ ция имеет асимптоты в точках ^= 1//г± и t = 2Jtii. Пере­ сечение кривой с прямой, равной значению {5, дает ин­ тервал проводимости tK. Если 2 /« i^ l, то имеется два корня уравнения (232), из которых нас интересует вто-

117

рой корень, находящийся на восходящей ветви. Первый корень соответствует работе схемы удвоения без обрат­ ных диодов. Это объясняется тем, что задан только кусочно-линейный характер вольт-амперной характери­

ный диод неработающего плеча открывается в момент,

Сочетание параметров схемы, при которых начинают проводить все четыре плеча преобразовательного моста, определяется решением системы трансцендентных урав­ нений:

В явном виде эта система может быть решена только в частных случаях, например в случае Ср= оо, когда ток коммутирующего контура iK= Ae ~at sin сщ/ и интервал проводимости равен периоду собственной частоты цепи. Обратимся к режиму прерывистого тока в коммутирую­ щем контуре, причем рассмотрим тот случай периодиче­ ского режима, когда в интервале (О О ,

U 8

/г<Д-< 1) проводят все четыре плеча моста. Таким об­ разом, интервал, равный полупериоду задающей часто­ ты, распадается на четыре интервала, с границами

0</i<if2<^3< 1 (рис. 46). В интервалах 0 < /< /j и t-2 < ^ ^ з проводят два плеча моста и токи определяются (221) и (222). Для выделения линейно-входящих неиз­ вестных (постоянных интегрирования) запишем эти то­ ки как

при 0 < /'< /,

и

при / причем следует помнить, что, несмотря на одинаковый

вид функций, АуфАк] ВуфВ,,.

На интервале tK< t < \ (пауза) ток t/b-= 0, а ток на­ грузки i'I.] = / /d= l. В интервале ti<I<t2 определим токи, являющиеся решением системы (219) ii = I'd=l- Ток, подходящий к вентильному мосту, равен:

характер, что связано с появлением замкнутого чисто реактивного контура.

Таким образом, уравнения (226)—(231) определяют движение системы, т. е. закон изменения токов на всех интервалах линейности. Чтобы полностью знать токи

119

и напряжения на элементах схемы, необходимо опреде­ лить интервалы линейности (/i, 1%, £„) и постоянные интегрирования, определяющие вектор состояния систе­ мы на границах интервалов линейности. Общее количе­ ство неизвестных — одиннадцать, из них три временных интервала, входящих в трансцендентные уравнения, и восемь постоянных интегрирования, входящих в уравне­ ния линейно. Составим систему для определения неиз­ вестных. Условия переключения, определяющие границы интервалов, следующие:

контура и вентильной ячейки.

Условие начала интервала проводимости всех плеч

‘2

Используем условия скачков, при этом учтем, что поскольку в нагрузочной цепи невозможны скачки тока, то напряжение между точками а и б (рис. 43,6) пре­ образовательного моста непрерывно. Непрерывны так­ же токи в ветвях моста.

d t t . - o ~ d f Ц+0

120