Двухтактные однофазные регулируемые инверторы

В данном случае рассматриваются транзисторные преобразователи постоянного напряжения в переменное, обычно называемые инверторами или DC-AC преобразователями. В настоящее время разработаны различные классы инверторов, как одно, так и многофазных, принципов получения выходного напряжения близкого к синусоидальному, а также регулирования уровня выходного напряжение.

На рисунке 4.1 представлен однофазный двухтактный инвертор, где в качестве коммутирующих ключей использованы транзис­торы Т₁ – Т₄, управляемые от блока управления БУ.

Принцип действия такого однофазного инвертора заключается в следующем. Пусть транзисто­ры Т₁ и Т₄ открыты в момент времени t = 0, а Т₂ и Т₃ заперты (открытые и закрывание транзисто­ров обеспечивается БУ), тогда от источника постоянного тока потечет ток через транзисто­р Т₁, резистор R _н и Т₄. Через времени t = t₁ = Т/2 (Т – период выходного напряжения ), которая определяет частоту переменного напряжения, закрываются транзисторы Т₁ и Т₄ и открываются Т₂ и Т₃. При этомток постоянного напряжения будет протекать через транзистор Т₂ резистор R _н в обратном направлении и транзистор Т₃. Далее через времени t = t₂ = Т/2 закрываются транзисторы Т₂ и Т₃ и открываются Т₁ и Т₄. Тогда частотавыходного напряжения на нагрузке будет равна

. (4.1)

Кривая выходного напряжения вышеуказанного инвертора показана на рисунок 4.2. Кривая выходного напряжения 1 имеетместо при идеальном случае, когда чисто активной нагрузке. При активно - индуктивной нагрузке кривая выходного напряжения 2 имеет искаженный вид и су­щественно отличается от синусоиды. Однако гармонический со­став на­пряжения в преобразователе можно улучшить с применением фильтров.

Рисунок 4.2 – Кривая выходного напряжения

На рисунке 4.3 представлена полумостовая схема инвертора с конденсаторами, где в качестве коммутирующих ключей использованы два транзис­тора Т₁ и Т₂, управляемые от блока управления БУ и два конденсатора С₁ и С₂.

Рисунок 4.3 – Однофазный полумостовая схема инвертора с конденсаторами

Принцип действия такого однофазного полумостового инвертора с конденсаторами заключается в следующем. В исходном состоянии транзисто­ры Т₁ и Т₂ закрыты при этом конденсаторы С₁ и С₂ будутзаряжены до некоторого значения напряжения. Если теперь транзисто­р Т₁ открыт, а Т₂ закрыт (открытые и закрывание транзисто­ров обеспечивается БУ), то конденсатор С₁ разрежается через нагрузку R _н, т. е. ток потечет ток через транзисто­р Т₁ и резистор R _н. Через времени t = t₁ = Т/2 (Т – период выходного напряжения ), которая определяет частоту переменного напряжения, закрывается транзистор Т₁ и открывается Т₂. При этомконденсатор С₂ будет разрежаться через нагрузку R _н и ток через R _н потечет в обратном направлении. В это же время разраженный конденсатор С₁ будет заряжаться от источника постоянного тока. Через времени t = t₂ = Т/2 закрывается транзистор Т₂ и открывается Т₁ цикл продолжится.

Кривая выходного напряжения однофазного полумостового инвертора показана на рисунок 4.4. Если конденсаторы С₁ и С₂ имели бы бесконечную большую емкость, то кривая выходного напряжения имела бы прямоугольную форму. Из-за снижения напряжения на конденсаторе при его разряде форма кривой выходного напряжения отличается от прямоугольной.

Рисунок 4.4 – Кривая выходного напряжения полумостовой схемы

инвертора с конденсаторами

На рисунке 4.5 представлена схема инвертора с нулем, где в качестве коммутирующих ключей использованы два управляемого транзис­тора Т₁ и Т₂ а также трансформатор с нулевым выводом. Один транзис­тор Т₁ включенпоследовательно с первой половинойпервичной обмотки w₁ трансформатора _, а второй транзис­тор Т₂ – к второй половине w₁₁ трансформатора.

Принцип действия такого инвертора с нулом заключается в следующем. Пусть транзисто­ры Т₁ открыт в момент времени t = 0, а Т₂ закрыт, тогда от источника постоянного тока потечет ток через транзисто­р Т₁ и первую половинупервичной обмотки w_1, трансформатора. Через времени t = t₁ = Т/2 (Т – период выходного напряжения ), которая определяет частоту переменного напряжения, закрывается транзистор Т₁. При этом в сердечнике трансформатора создается переменный магнитный поток, который наводит во второй обмотке w₂ напряжение прямоугольной формы положительного знака. Если теперь в этот же момент времени открыт Т₂ , то постоянный ток потечет через транзисто­р Т₂ и вторую половинупервичной обмотки w₁₁ трансформатора, а через времени t = t₂ = Т/2 закрыть транзистор Т₂, то в сердечнике трансформатора создается переменный магнитный поток, который наводит во второй обмотке w₂ напряжение прямоугольной формы отрицательного знака.

Таким образом, при поочередной через полупериод коммутации транзисто­ров Т₁ и Т₂ напряжениеисточника постоянного тока U_вх будет прикладываться попеременно то к одной, то к другой половинепервичной обмотки (w_1, w₁₁ ) трансформатора, создавая в его сердечнике переменный магнитный поток, который наводит во второй обмотке w₂ переменное напряжение прямоугольной формы.

Рисунок 4.5 – Схема инвертора с нулем