Метод компенсации реактивности нагрузки.

В некоторых случаях применения АИР, нагрузка обладает большой индуктивностью L_н, например, в индукторе установок индукционного нагрева. Из-за малого возникают трудности оптимального использования тиристоров инвертора по току и напряжению для получения требуемых мощности и напряжения нагрузки. Задачу решают подключением параллельно нагрузке конденсатора С_пар , настроенного в резонансе с L_н (рисунок 2.7).

Помимо указанного, параллельно включенный конденсатор вызывает приближение к синусоиде кривой напряжения U_н. Т.о. выходная цепь инвертора оказывается составленной из двух резонансных контуров, настроенных на одну частоту w=w_o. Один из колебательных контуров оказывается последовательным (L-C), и другой параллельным (L_н-R_н-C_пар). Для параллельного колебательного контура векторная диаграмма будет выглядеть как на рисунке 2.8.

В последовательном колебательном контуре при резонансе напряжения U_C=U_L и находится в противофазе, в связи с чем, к параллельному колебательному контуру и нагрузке прикладывается напряжение U_н=U_и(1). В параллельном же колебательном контуре при резонансе наблюдается равенство реактивных составляющих токов I_Cпар=I_н.р в связи с чем ток инвертора будет определяться активной составляющей тока нагрузки , а ток нагрузки:

Приведем соотношения, необходимые для расчета элементов схемы. Величина емкости конденсатора С_пар рассчитывается из условия равенства при резонансе реактивных проводимостей ветвей параллельного контура:

(2.16)

(2.17)

Соотношение (1.17) используем для определения резонансной частоты параллельного контура:

, (2.18)

где -характеристическое сопротивление контура.

Для определения токов параллельного контура воспользуемся векторной диаграммой (рисунок 2.8).

;

или

(2.19)

Для тока I_н действительное соотношение:

(2.20)

После подстановки в (2.20) уравнения (2.18) получим после преобразования:

(2.21)

Теперь из векторной диаграммы можно определить:

(2.22)

и активную составляющую тока нагрузки:

(2.23)

Таким образом, цепь нагрузки с параллельно включенным конденсатором, представляет для инвертора активное сопротивление. Активная составляющая тока нагрузки определяет ток инвертора I_и=I_н.а, а напряжение инвертора –напряжение на нагрузке. U_н=U_и(1). Элементы L и С, последовательного контура, выбираются из условия резонанса на выходной частоте w=w_o=1/wC, а также допустимого напряжения U_L=U_C=I_н.аwL=I_н.а.1/wC. Если положить U_L=U_C=U_н, то получим:

; (2.24)

Введение компенсации реактивности нагрузки, позволяет уменьшить ток инвертора I_и и соответственно токи тиристоров, а питание схемы осуществить более высоким напряжением, что в свою очередь благоприятно сказывается на КПД преобразователя. Т.о. по достигаемому эффекту, рассмотренный способ компенсации имеет аналогию с использованием понижающего трансформатора для питания низкоомных нагрузок переменного тока.