книги / Тиристорные генераторы ультразвуковой частоты

Fs в интервалах Atu и Af_ должен быть равен нулю. Действительно, так как Fs в этих интервалах не больше нуля, ток Fos будет тем боль­

а<1+4<+

Из (2.406) и (2.40в) следует, что ток F0s примет наибольшее зна­ чение, если ток Fs в течение интервалов AU и Af+ постоянен и равен

Знак равенства в (2.43) возможен только, если ток Fs будет по­ стоянным и соответствовать (2.41). Окончательно для тока Fs инвистора получаем *

* Здесь и далее степень «— 1 » при функции означает обратную функцию [17].

ностью этих интервалов |Д*ц : Atu : :Дtnu

Для ответа на этот вопрос установим, при каком Ni и при каких Л/т/ мощность для какой-либо v -й гармоники тока Fs будет иметь ма­ ксимальное значение. При этом мы учитываем, что ток Fs и напряже­

VCÛ(/'—*'_j) = 2 TÎ; v<ù(^—^__j) = 2TP.

Отсюда

(2.50)

Это значит, что для того, чтобы с помощью инвистора получить максимальную мощность v -й гармоники генерируемых колебаний, не­ обходимо период Т разбить на v одинаковых интервалов. Но при этом частота повторяемости процесса увеличивается в v раз. Поэтому в инвисторном преобразователе нет смысла выделять гармонику выше пер­ вой. Для повышения частоты выходных колебаний в v раз следует просто увеличить частоту коммутаций инвистора.

Следовательно, число Ni инвистора равно 1.

На рис. 2.11,6 изображены кривые тока и напряжения инвистора в окончательном экстремальном режиме. Для определенности принято, что а = 2 и A ff= r/3.

Из приведенного в этом параграфе анализа следует, что инвистор близок по своим свойствам к тиристору— он так же ключевой, управ­ ляемый, должен иметь два возможных состояния при положительном напряжении — открытое и закрытое, одно — закрытое при отрица* тельном.

Основное отличие тиристора от инвистора заключается в инерцион­ ности процессов в его примесной кристаллической структуре. Вследст­ вие этого невозможно получить строго прямоугольные импульсы напря­ жения и тока, а между моментом закрытия тиристора и моментом на­ растания положительного напряжения должны быть интервал времени, в течение которого напряжение должно быть хотя бы и небольшим по значению, но отрицательным. Кроме того, потери в тиристоре зависят не только от тока Fs> но и от его производной, особенно в моменты включения и отключения. Особенно существенно эти дополнительные, динамические потери сказываются при высокой частоте коммутации, т. е. в исследуемых здесь высокочастотных инверторах.

На рис. 2.12,а даны кривые тока и напряжение тири­ стора, которые позволяют получить максимум Pos и в то же время не превысить допустимые значения скорости на­ растания тока в открытом состоянии (dioc/dt) кр, макси­ мального значения прямого и минимального обратного на­ пряжений В закрытом СОСТОЯНИИ U n m ax И t/обртпт, кри­ тической скорости нарастания напряжения в закрытом со­ стоянии {du3)CJdt) кр, время обратного восстановления.

^вос обр [39] .

2.5. Минимальная расчетная мощность реактивных элементов

Из рассмотрения кривых рис. 2.12,а можно заключить, что в течение одного периода коммутации тиристора Тк

1 < t < t a (tu— момент закрытия тиристора—длительность

ным tBoc обр) ; стадия 3 — закрытого состояния — ^и+ ^ в <

<С^<С?'к.

Эти стадии от периода к периоду циклически повто­ ряются, образуя цикл О—В—3. Такой цикл работы тири­ стора наблюдается у любого инвертора*. В оптимальном режиме работы тиристора каждая из стадий О и 3 раз­ бивается на две подстадии: 1) подстадия включения Овк,

втечение которой ток тиристора не превышает

(di0'C/dt)KPt; 2) подстадия «чистого» открытия Оч, в те-

* Существуют инверторы 136], у которых во время стадии В происходит повторное открытие тиристора, однако положительного эф­ фекта в ультразвуковом диапазоне работы инвертора это явление не дает.

Отсюда получаем следующие выражения для активной и реактивной мощности v-й гармоники тиристора:

Из (2.54a) следует, что если на v-й гармонике тиристор генерирует активную мощность, то он потребляет реак­ тивную мощность.

Нас главным образом интересует первая гармоника, на которой тиристор выступает в роли катушки индук­ тивности.

Реактивная мощность v-й гармоники катушки индук­ тивности, выбранной согласно (2.51), равна

Для того, чтобы обеспечить баланс реактивных мощ­ ностей по первой гармонике, необходимо в схему инвер­ тора включить конденсатор, реактивная мощность кото­ рого на этой гармонике равна сумме реактивных мощно­ стей тиристора Qu соответственно (2.54а) и коммутирую­ щей катушки Qtis (2.55):

d . = Q „ + Q i u = P u * g « A / 2 + i J W ,l / ( ^ 5 f ) • P-56)

Значение реактивной мощности конденсатора,, опреде­ ляемое по (2.56), является минимально допустимым. Та­ ким образом доказано, что для работы тиристора в ин­ верторном режиме обязательно необходимы коммутирую­ щие катушки индуктивности и конденсатор. Дадим оце­ ночный расчет отношений QufPi и Qc\/Pi тиристора ТЧ-100.

Пренебрегая наклоном кривой тока тиристора во вре­ мя подстадии Они и напряжения во время подстадии 3# (рис. 2.12,о), получим следующие значения первых гар­ моник тока напряжения тиристора в экстремальном ре­ жиме:

Л = V2FJ%) sin Шк (/я/2);