Инверторы

Инверторы представляют собой преобразователи постоянного напряжения в переменное. Основными элементами инверторов (и конверторов тоже) являются коммутационные приборы, которые периодически прерывают ток или меняют его направление. Инверторы классифицируют по типу коммутирующего прибора (транзисторные или тиристорные), по роду преобразуемой величины (инверторы тока или напряжения), по принципу коммутации (автономные или ведомые сетью). Транзисторные инверторы используются при малых мощностях, не превышающих сотни Вт, тиристорные — при больших мощностях и токах, доходящих до сотен ампер.

В преобразовательных установках инверторный режим может чередоваться с выпрямительным режимом, особенно в электроприводах постоянного тока. В двигательном режиме преобразователь работает как выпрямитель, передавая мощность двигателю постоянного тока. При переходе электродвигателя в генераторный режим (спуск груза, движение под уклон и т.п.) преобразователь работает как инвертор, отдавая энергию постоянного тока, генерируемого электрической машиной, в сеть переменного тока. При инвертировании источник постоянного напряжения работает как генератор энергии, характеризующийся тем, что направление этого ЭДС и тока совпадают, а нагрузка переменного тока — как потребитель, у которого ЭДС и ток встречны.

Инверторы, ведомые сетью. На рис.3.41 показана схема однофазного двухполупериодного инвертора с нулевым выводом. Тиристоры отпираются поочередно схемой управления через каждую половину периода a = p, а запирание их происходит вторичным напряжением U ₂ трансформатора, создаваемым сетью. Поэтому инвертор называется ведомым. По отношению к E тиристоры включены в прямом направлении. Напряжения U _2-1, U _2-2 на вторичных обмотках периодически меняют знак, в одну половину периода складываясь с E, а в другую — вычитаясь из него. Энергия передается от инвертора в сеть переменного тока тогда, когда направление тока i ₂ и переменного напряжения U ₂ противоположны, т.е. когда и U ₂ и Е встречны.

Процесс инвертирования возможен только тогда, когда U ₂ > Е. В режиме инвертирования U ₂(U ₁) и I ₂(I ₁) противофазны, что и является показателем передачи энергии в сеть.

При a = 0 (в общем случае при 0 < a < p/2) инвертор может работать как выпрямитель.

Для перевода схемы из режима выпрямления в режим инвертирования необходимо:

1) подключить источник постоянного тока полярностью, обратной режиму выпрямления;

2) обеспечить открывание тиристоров при отрицательной полярности напряжения на полуобмотках U _2-1, U _2-2.

Но если очередной тиристор отпирать точно при угле управления a = p, то другой тиристор еще не успеет закрыться, т.к. для закрывания необходимо время, равное t _выкл тиристора. Тогда на время t _выкл образуется цепь короткого замыкания по цепи: вторичная обмотка — запирающийся тиристор — источник Е. Указанное явление называют срывом инвертирования или опрокидыванием инвертора. Чтобы избежать этого нежелательного процесса необходимо угол регулирования a сделать меньше p на некоторый угол b, называемый углом опережения отпирания — рис.3.42.

Угол опережения должен быть достаточным для того, чтобы могла совершиться коммутация токов тиристоров (период коммутации γ) и для того, чтобы после коммутации закрывающийся тиристор успел восстановить свои запирающие свойства.

Мощность, отдаваемая в сеть инвертором, может регулироваться 3-мя способами: изменением угла опережения при постоянном Е; изменением напряжения источника питания Е при постоянном опережении b изменением напряжения переменного тока U ₂.

Автономный инвертор тока показан на рис. 3.43. Источник питания Е работает в режиме источника тока, из-за наличия дросселя L _o большой индуктивности. Тиристоры T ₁, T ₂ открываются попеременно запускающими импульсами U _вх.1, U _вх.2, поступающими из системы управления.

Открывшись, тиристор T ₁ подключает левую на чертеже полуобмотку w _1-1 к источнику питания Е и в ней возникает ток i _т1. Этот ток наводит ЭДС во второй (правой) полуобмотке w _1-2 и во вторичной обмотке w. Конденсатор С _к, заряжается до удвоенного значения напряжения питания Е. После поступления входного управляющего импульса U _вх.2 тиристор T ₂ открывается и напряжение на конденсаторе запирает первый тиристор T ₁. Конденсатор С _к, разряжается через первичную обмотку и некоторое время (t _выкл) - через оба открытых тиристора. Как только тиристор T ₂ закроется, разряд С _к, прекращается и начинается его перезарядка до 2 Е другой полярностью.

В режиме холостого хода при переключении тиристоров могут возникнуть большие перенапряжения, неблагоприятно сказывающиеся на тиристорах и конденсаторе. Чтобы этого не произошло, применяют усовершенствованную схему с отсекающими диодами.