Классификация автономных инверторов

Автономные инверторы можно классифицировать по следующим основным признакам: 1) по схеме преобразования; 2) по способу ком​мутации (запирания); 3) по способу управления; 4) по характеру про​текания электромагнитных процессов.

Различают следующие основные схемы преобразования:

1)​ одновентильную

2)​ однофазную с нулевым выводом

3)​ однофазную с нулевым выводом источника питания

4)​ однофазную мостовую

5)​ трехфазную мосто​вую

6)​ трехфазную с нулевым выводом

Все остальные схемы являются производными перечисленных групп. Наибольшее распространение в преобразовательной технике находят мостовые схемы. По способу коммутации автономные инвер​торы можно разделить на несколько групп.

Инверторы с индивидуальной коммутацией. Коммутирующее ус​тройство инвертора служит для запирания одного тиристора (вен​тильного плеча) инвертора. К данному типу инверторов относятся инверторы на полностью управляемых вентилях — двухоперацион​ных тиристорах и силовых транзисторах.

Инверторы с пофазной коммутацией. Коммутирующее устройство инвертора служит для попеременного запирания тиристоров двух вен​тильных плеч, относящихся к одной фазе инвертора.

Инверторы с групповой коммутацией. В таких инверторах для запирания всех вентильных плеч одной группы (анодной или катод​ной) служит отдельное коммутирующее устройство.

Инверторы с общей коммутацией. Коммутирующее устройство является общим для всех вентильных плеч инвертора. В коммутирую​щем устройстве инвертора содержится один коммутирующий конден​сатор.

Инверторы с межвентильной коммутацией. В таких инверторах запирание каждого рабочего тиристора происходит при отпирании следующего по порядку работы тиристора другой фазы, но этой же группы.

Инверторы с межфазовой коммутацией. Коммутирующее устройство инвертора служит для попеременного запирания двух тиристоров разных фаз.

По способу управления инверторы разделяются на инверторы с самовозбуждением и с внешним (независимым) возбуждением.

В инверторах с самовозбуждением управляющие импульсы, пода​ваемые на тиристоры, формируются из выходного напряжения инвер​тора. Частота выходного напряжения определяется параметрами на​грузки.

В инверторах с независимым возбуждением управляющие им​пульсы формируются внешним генератором, который и задает частоту выходного напряжения. Ввиду того что частота выходного напряже​ния не зависит от параметров нагрузки, данный тип инверторов полу​чил наиболее широкое распространение в преобразовательной тех​нике.

В зависимости от особенностей протекания электромагнитных процессов автономные инверторы можно разделить на три основных типа: инверторы тока (рис. 2.2, а); инверторы напряжения (рис. 2.2, в); резонансные инверторы (рис. 2.2, д),

Для инверторов тока характерно то, что они формируют в нагрузке ток (i _вых) а форма и фаза напряжения зависят от параметров на​грузки.

Источник постоянного тока работает в режиме генератора тока, для чего во входной цепи включается реактор L_d с большой индуктив​ностью. Кроме того, реактор L_d выполняет функции фильтра высших гармонических напряжения, так как к нему в любой момент времени прикладывается разность между неизменным напряжением источника питания и пульсирующим напряжением на входе инвертора; препят​ствует разряду конденсатора на источник питания во время коммута​ции тока в тиристорах и обеспечивает апериодический режим работы инвертора, характерный малыми пульсациями входного тока. Следует отметить, что при питании инвертора от источников с характеристи​ками, близкими к источнику тока, дроссель L_d может отсутствовать.

Инвертор тока должен обеспечивать режим работы, при котором между анодом и катодом закрывшегося тиристора в течение некото​рого времени поддерживается отрицательное напряжение, необходи​мое для восстановления запирающих свойств тиристора. Это время t _выкл называется временем запирания (рис. 2.2, б).

При активно-индуктивном характере потребителя баланс реак​тивной мощности обеспечивается коммутирующими и компенсирую​щими конденсаторами. Конденсаторы по отношению к нагрузке могут быть включены параллельно, последовательно, последовательно-па​раллельно.

Для инверторов тока характерен энергообмен между коммутирую​щими и компенсирующими конденсаторами, включенными в цепи пере​менного тока, реактивностями цепи нагрузки и дросселем L_d в цепи входного тока.

В режиме холостого хода инвертор тока неработоспособен вслед​ствие роста амплитуды обратных и прямых напряжений на тиристо​рах. При перегрузках его работа затруднена из-за недостаточного вре​мени для восстановления запирающих свойств тиристоров. Инверторы тока имеют близкую к синусоидальной форму выходного напряжения, относительно малые пульсации входного тока, возможность реверса направления потока мощности без изменения направления тока (при переходе в выпрямительный режим). Внешняя характеристика инвер​тора тока мягкая.

Инверторы напряжения формируют в нагрузке напряжение, а форма и фаза тока зависят от характера нагрузки. Источник питания инвертора напряжения работает в режиме генератора напряжения. Если инвертор питается от выпрямителя, то на его входе ставится конденсатор достаточно большой емкости для обеспечения проводи​мости источника постоянного напряжения в обратном направлении. Это необходимо, когда в составе нагрузки имеются реактивные эле​менты любого типа. Через обратный выпрямитель (Д1...Д4) осуще​ствляется энергообмен между накопителями, имеющимися в составе нагрузки, и источником питания или конденсатором С₀, а в много​фазных инверторах — также и энергообмен между фазами нагрузки. Конденсатор С₀ выполняет функции фильтра высших гармонических тока, так как по нему протекает разность между выходным и постоян​ным в пределах полупериодов входным током. Инвертор напряжения может работать в режиме холостого хода. Работоспособность инвер​тора напряжения в режиме, близком к короткому замыканию, опре​деляется коммутационными свойствами полностью управляемых вен​тилей или принятым способом коммутации и параметрами коммути​рующих элементов обычных тиристоров. Инверторы напряжения работоспособны, имеют малые изменения формы кривой и величины выходного напряжения при изменении выходной частоты в широких пределах. Коммутационные процессы в них мало влияют на форму кривой выходного напряжения, а установленная мощность коммути​рующих элементов сравнительно небольшая. Внешняя характеристика инвертора напряжения жесткая.

Основными областями применения инверторов тока и инверторов напряжения являются: стабилизированные по выходным параметрам преобразователи частоты; вторичные источники питания переменным током; установки частотно-регулируемого электропривода.

В резонансных инверторах нагрузка, имеющая, как правило, зна​чительную индуктивность, образует с реактивными элементами схемы инвертора колебательный контур с резонансом напряжений. Выклю​чение тиристоров инвертора происходит благодаря плавному спаданию до нуля анодного тока тиристора (тока колебательного контура) на каждом полупериоде (рис. 2.2, д). Собственная частота контура в резонансных инверторах должна быть выше или равна рабочей час​тоте инвертора. Конденсаторы, входящие в состав колебательного кон​тура, могут быть включены последовательно с нагрузкой, параллельно ей или последовательно-параллельно, а дроссели — в цепи входного тока, в анодных цепях вентилей или последовательно с нагрузкой.

Для резонансных инверторов характерен интенсивный энергооб​мен между накопителями, входящими в состав схемы. Резонансные инверторы могут питаться от источников, работающих в режиме ге​нератора э. д. с. или тока. Инверторы, питающиеся от генератора э. д. с., называются инверторами с открытым входом, а питающиеся от генератора тока — с закрытым входом.

Резонансные инверторы имеют близкую к синусоидальной форму напряжения и тока в нагрузке, плавное нарастание (в большинстве схем без обратных диодов) и спад тока через вентили, что обеспечивает малые коммутационные потери мощности в последних. Данный тип инверторов целесообразно применять при повышенных частотах вы​ходного напряжения (единицы кГц, десятки кГц).

Следует подчеркнуть, что конкретные схемы автономных инверто​ров зачастую обладают одновременно признаками разных классифи​кационных групп в зависимости от соотношения параметров, режима работы и т. д.