Стабилизация выходного напряжения однофазных автономных инверторов тока.

Однофазные параллельные и параллельно-последовательные автономные инверторы тока (АИТ) частотой 50, 200, 400 и 1000Гц находят широкое применение в автономных судовых и транспортных объектах. Например, при питании от низковольтных источников постоянного тока напряжением 12, 27 и 48В (в качестве которых в основном используют аккумуляторные батареи). Стабилизация выходного напряжения синусоидального АИТ (обычно 220В) осуществляется тиристорно-реакторными компенсаторами (ТКР) реактивной мощности [1].

Практика показала, что в однофазных АИТ существенное влияние на массогабаритные показатели инвертора оказывает компенсирующий реактор ТРК. При стабилизации выходного напряжения АИТ происходит регулирование угла a № 0 управления тиристорами ТРК, и по обмоткам компенсирующего реактора протекают разнополярные импульсы тока несинусоидальной формы, содержащие наряду с основной все нечетные гармоники высших порядков. Амплитудные значения 1, 3, 5 и 7-й гармоник в относительных единицах

(1)

где n - номер гармоники при различных углах a, приведены в [1] и показаны на рисунке 1.

Известно, что величина удельных потерь в стали g_ст на частоте гармоник тока в реакторе и количество гармоник, которые следует учитывать, оказывают определяющее влияние на величину потерь

(2)

где B_n и f_n - величина и частота индукции [2].

Рис. 1.

Исходя из изложенного, предлагается одна из наиболее эффективных мер для снижения мощности потерь в стали компенсирующих реакторов, заключающаяся в улучшении гармонического состава тока через реактор, при сохранении баланса мощностей в инверторе.

Рассмотрим схему компенсатора, когда через реактор протекают не разнополярные импульсы тока, как в ТРК, а однополярные прерывистые. Их длительность регулируется фазовым углом управления a тиристоров компенсатора, через которые он подключен к выходу АИТ. С учетом известного выражения:

(3)

при разложении в ряд Фурье однополярных прерывистых импульсов тока получаем следующее выражение для амплитуд гармоник тока:

(4)

где n =  2, 4, 6... - номер гармоники тока.

Амплитуда постоянной составляющей однополярных прерывистых импульсов тока:

(5)

Рис. 2.

На рисунке 2 представлены амплитуды гармоник тока через реактор в рассматриваемом компенсаторе в относительных единицах в зависимости от изменения угла a.

На рисунке 1 - амплитуда действующего значения синусоидального тока при a = 0.

Поскольку реакторы с магнитопроводами из стали выполняются с немагнитным зазором для обеспечения постоянства индуктивности при изменении амплитуды и частоты тока через реактор, то появление постоянной составляющей в токе реактора практически не изменяет его индуктивность. В то же время появление постоянной составляющей в токе реактора, соизмеримой по величине с амплитудой второй гармоники (рис. 2), приводит к тому, что сталь в магнитопроводе реактора начинает перемагничиваться по частному циклу, а при этом соответственно уменьшаются потери в стали. Дополнительные потери в обмотках реактора также уменьшаются вследствие преобладающего влияния второй (по отношению к частоте инвертора) гармоники тока, а не третьей, как в случае ТРК.

Эффективность рассматриваемой схемы компенсатора возрастает с увеличением частоты АИТ. Рассматриваемый компенсатор реактивной мощности нашел практическое применение для стабилизации выходного напряжения однофазного АИТ мощностью 10кВА, частотой 400Гц.

Краилин В.Ф., Нестеров С.А., Сергеев В.В.
Нижегородский государственный технический университет