Автономные инверторы

Автономные инверторы (АИ) - это, как указывалось выше, преобразователи постоянного тока в переменный, которые работают на сеть, в которой нет других источников электроэнергии. Коммутации вентилей в них осуществляются благодаря применению полностью управляемых вентилей или устройств искусственной коммутации. При этом частота напряжения на выходе АИ определяется частотой управления, а величина напряжения -параметрами нагрузки и системой регулирования.

Автономные инверторы тока (АИТ). На входе АИТ действует источник тока, образованный источником ЭДС и большой индуктивностью, форма тока на выходе вентильной группы прямоугольная, а форма напряжения определяется характером нагрузки (рис. 5.3). Нагрузка может быть только активной или активно-емкостной, т.к. при активно-индуктивной нагрузке ток не может мгновенно изменить направление.

Рис.5.3. Автономный инвертор тока

Рассмотрим работу схемы при активно-емкостной нагрузке. В момент t₁ начинают проводить тиристоры V1,V2; в момент t₂ тиристоры V1,V2 выключаются, а тиристоры V3, V4 включаются. Ток через нагрузку меняет направление. Под действием проходящего тока напряжение на нагрузке изменяется по экспоненте.

Автономные инверторы напряжения (АИН). На входе АИН действует источник ЭДС, напряжение на выходе вентильной группы прямоугольное, а форма тока определяется характером нагрузки. Напряжение на нагрузке переключается мгновенно, поэтому нагрузка может быть активной или активно-индуктивной (см. рис. 5.4).

Рис.5.4. Автономный инвертор напряжения

Рассмотрим работу схемы при активно-индуктивной нагрузке. В момент t₁ начинают проводить тиристоры V1,V2. Под действием приложенного напряжения ток нарастает по экспоненте. В момент t₂ тиристоры V1,V2 выключаются, но ток через нагрузку идет в том же направлении через диоды VD3, VD4 за счет энергии, запасенной в индуктивности, при этом напряжение на нагрузке уже изменило знак, а ток постепенно спадает. В момент t₃ ток равен нулю и включаются тиристоры V3 и V4, полярность напряжения при этом не меняется, а ток меняет направление. Диоды предназначены для возврата реактивной энергии в источник питания. Конденсатор C_d ее воспринимает;

Резонансные (колебательные) автономные инверторы (РАИ). РАИ - это инвертор, на входе и на выходе вентильной группы которого ток прерывистый, а форма напряжения на выходе определяется нагрузкой (см. рис. 5.5).

Рис.5.5. Автономный резонансный инвертор

В РАИ должно выполняться условие:

R_н<2√L_d/C_d

При выполнении условия процессы при включении тиристоров носят колебательный характер. При включении V1 и V2 проходит полуволна тока и конденсатор C_к заряжается с указанной полярностью. После перехода тока через нуль тиристор запирается. При включении V3 и V4 напряжение источника и напряжение на конденсаторе Cк действуют согласно, ток проходит в противоположном направлении, конденсатор перезаряжается, V3 и V4 запираются при спаде тока до нуля. Напряжение на нагрузке R_н повторяет форму тока.

Как видно из описания работы в РАИ могут работать обычные (незапираемые) тиристоры.

По применяемым вентилям АИ делятся:

• на АИ на вентилях с неполным управлением (обычных тиристорах);
• на АИ на вентилях с полным управлением (транзисторах и запираемых тиристорах.

По способу коммутации АИ на незапираемых тиристорах делятся:

• на АИ с одноступенчатой коммутацией, в которых коммутация осуществляется с помощью коммутирующих конденсаторов основными вентилями схемы без применения дополнительных тиристоров;
• на АИ с двухступенчатой коммутацией, в которых для коммутации применяются специальные коммутирующие вентили.

По месту включения коммутирующих конденсаторов АИ с одноступенчатой коммутацией делятся:

• на параллельные АИ (коммутирующие конденсаторы включены параллельно нагрузке);
• на последовательные АИ (коммутирующие конденсаторы включены последовательно с нагрузкой).

В электроприводе в настоящее время наибольшее применение находят АИН на IGBT транзисторах.