2.2.3 Резонансные инверторы с вентилями обратного тока
Схема изображена на рисунке 2.2.4. Возможно два режима работы: с прерывистым током и с непрерывным током нагрузки.
Рис. 2.2.4.
В первом режиме частота импульсов управления тиристоров ниже собственной частоты резонансного контура, рисунок 2.2.5. В момент отпирания тиристоров VS1, VS4 создается контур колебательного перезаряда конденсатора. На интервале t0-t1 формируется полуволна тока нагрузки. В момент t1 ток нагрузки уменьшается до нуля, при этом напряжение на конденсаторе превышает напряжение источника питания. Вследствие чего на интервале t1-t2 происходит разряд конденсатора через диоды VD1, VD4, при этом энергия, накопленная в конденсаторе, отдается в цепь источника питания и нагрузки. В это время к тиристорам VS1, VS4 прикладывается обратное напряжение равное падению напряжения на диодах, от протекания через них тока нагрузки. В момент t2 ток уменьшается до нуля, диоды закрываются, напряжение на конденсаторе становится меньше напряжения входного источника и остается неизменным до момента отпирания очередной пары тиристоров t3. Далее происходят аналогичные процессы перезаряда конденсатора через тиристоры VS2, VS3 и диоды VD2, VD3. Уменьшение частоты управляющих импульсов приводит к увеличению безтоковых пауз, что приводит к ухудшению качества выходного напряжения.
Рис. 2.2.5.
В режиме непрерывного тока частота импульсов управления тиристорами выше собственной частоты резонансного контура, рисунок 2.2.6. В момент t0 отпираются тиристоры VS1, VS4. В момент t1 начинается обратный перезаряд конденсатора через диоды VD1, VD4. Отпирание очередной пары тиристоров VS2, VS3 осуществляется до завершения разряда конденсатора, в момент t2. Это возможно, так как при проводящих диодах VD1, VD4 к катоду тиристора VS1 прикладывается плюс, а к аноду тиристора VS3 минус источника питания.
Рис. 2.2.6.
Уменьшение временного интервала t1-t2 приводит к увеличению остаточного напряжения на конденсаторе в момент его перезаряда в обратную полярность, что вызывает рост амплитуды напряжения на конденсаторе, а значит, в режиме непрерывного тока нагрузки регулирование частоты выходного напряжения не будет искажать его формы.
Из диаграмм работы резонансного инвертора с вентилями обратного тока в режиме непрерывного тока видно, что при дальнейшем увеличении частоты управления вентилями интервал t1-t2, в течении которого вентили восстанавливали свои запирающие свойства, исчезает. А значит, работа схемы в этом случае возможна только при использовании полностью управляемых вентилей (IGBT-транзисторов, GTO-тиристоров).
2.2.4 Параллельный полумостовой транзисторный инвертор
Рис. 2.2.7
Схема показана на рисунке 2.2.7. До момента t1 конденсатор Ck заряжается в колебательном режиме, рисунок 2.2.8. При снятии сигнала управления с транзистора VT1 в момент t1 ток из него коммутируется в диод VD2, конденсатор Ck начинает разряжаться. В момент времени t2 диод VD2 закрывается и ток резонансного контура начинает протекать через транзистор VT2. На интервале t2-t3 конденсатор перезаряжается в обратную полярность напряжения. В момент t3 транзистор VT2 выключается, и ток контура переходит в диод VD1, который проводит спадающий к нулю ток до момента t4. Далее процессы повторяются.
Рис. 2.2.8.
Увеличение частоты выходного напряжения инверторов сопровождается ростом потерь мощности при переключении вентилей. Практически это приводит к снижению выходной активной мощности инвертора почти обратно пропорционально квадрату увеличения частоты. Для уменьшения потерь на переключения применяют схемотехническое умножение частоты выходного напряжения.