Автономные инверторы

Автономным (независимым) инвертором называется преобразователь электрической энергии постоянного тока в переменный, выходные параметры которого (форма, амплитуда и частота выходного напряжения) определяются схемой преобразователя, СУ и режимом его работы.

В инверторе, ведомым сетью, выходная частота и напряжение соответствуют параметрам сети.

4.1. Классификация инверторов.

По характеру протекающих в схеме электромагнитных процессов, автономные инверторы подразделяются на инверторы тока, напряжения и резонансные инверторы.

В цепи постоянного тока инвертора, представленного на рисунке 40,а включён реактор L_d с большой индуктивностью. Тогда в интервале между коммутациями ключевых элементов K₁ – K₄ ток в реакторе изменяется незначительно (рис.40,а).

В этом случае ключи K₁ – K₄ изменяют направление тока в нагрузке, но не мгновенные значения. Нагрузка питается как бы от источника тока, что и нашло отражение в терминологии – инвертора тока.

Нагрузка таких схем носит емкостной характер, т.к. при индуктивной нагрузке из-за скачкообразного изменения тока возникали перенапряжения, нарушающие работу элементов схемы.

В схеме рисунка 40,б источник постоянного напряжения подключён непосредственно к ключевым элементам. Нагрузка питается как бы от источника переменного напряжения. Такая схема классифицируется как инвертор напряжения.

Нагрузка должна носить активно – индуктивный характер, т.к. при емкостном характере нагрузки из-за скачкообразного изменения напряжения имели бы всплески токов.

Ещё один класс инверторов, занимающих как бы промежуточное место между инверторами тока и напряжения – резонансные.

Нагрузка в резонансных инверторах входит в состав колебательного контура, и ток в коммутирующих элементах в течение всего интервала их проводимости носит колебательный характер.

Основным элементом в инверторах является тиристор, который требует для своего выключения принятия специальных мер, обеспечивающих спадание протекающего через него тока до нуля и задержку подачи прямого напряжения.

4.2. Способы искусственной коммутации тиристоров в автономных инверторах.

1). Коммутация посредством конденсатора, подключаемого другим тиристором (рис.41,а).

Предположим, что тиристор Т1 проводит ток, а конденсатор С заряжен с полярностью, указанной на рисунке.

В момент t₁ на тиристор T2 поступает импульс, и он включается. Так как открыты оба тиристора, то возникает ток разряда конденсатора, направленный навстречу току тиристора Т1. В цепи разряда отсутствует индуктивность, поэтому ток разряда нарастает быстро и тиристор T1 практически мгновенно выключается.

Через тиристор Т2 начинает протекать ток перезаряда конденсатора и ток нагрузки (определяемый сопротивлением R2).

До тех пор, пока конденсатор в результате перезаряда по цепи R₁ – C – T2 не изменит полярности (момент t₂), к тиристору Т1 прикладывается обратное напряжение, и он восстанавливается.

В момент t₃ поступает импульс на тиристор Т1, и он включается, а тиристор Е2 выключается.

Рассмотренный способ коммутации характерен для схем инверторов тока.

2). Коммутация посредством подключения к основному тиристору Т₁ конденсатора через коммутирующий тиристор Т_к (рис.41,б).

Пусть конденсатор С заряжен, Т₁ проводит ток, тиристор Т_к выключен. В момент t₁ импульс подаётся на тиристор Т_к, он включается, и ток разряда конденсатора С выключает тиристор Т_1.

Далее происходит перезаряд конденсатора по цепи С – Т_к - R_H. На интервале t₁ ÷ t₂ тиристор Т₁ восстанавливается. Для того, чтобы конденсатор был заряжен с нужной полярностью для следующего выключения тиристора Т₁, его необходимо повторно перезарядить. Процесс перезаряда начинается при включении в момент t₃ основного тиристора Т₁ по контуру С - Т₁ – L – Д. Процесс носит колебательный характер. Диод Д фиксирует на обкладках конденсатора заряд нужной полярности для коммутации тиристора Т₁.

3). Коммутация за счёт подключения к основному тиристору VS колебательного LC – контура (рис.41, в).

Предположим, что конденсатор заряжен, тиристор VS открыт, а коммутирующий тиристор VS_к и тиристор перезаряда VS_П закрыты.

В момент t₁ открывают тиристор VS_к, и ток LC – контура выключает тиристор VS.

Подготовка LC – контура для следующего выключения тиристора VS осуществляется путём включения в момент t₃ тиристора перезаряда VS_П, в результате чего происходит перезаряд конденсатора до напряжения нужной полярности (к моменту t₄), и тиристор VS_П выключается.

Способы коммутации тиристоров по схемам на рисунке 41,б,в характерны для инверторов напряжения.

4). Коммутация за счёт резонансного характера сопротивления нагрузки (или сопротивления нагрузки с дополнительно установленным на выходе инвертора резисторами и конденсаторами) - рисунок 41, г.

При подаче в момент t₁ импульса на тиристор VS он включается, и к контуру L – C - R_H прикладывается постоянное напряжение U_d. Ток в контуре имеет колебательный характер, и при прохождении тока через нуль (момент t₂) тиристор VS выключается. Далее процесс периодически повторяется.

Этот способ коммутации характерен для резонансных инверторов.