1.3.2 Индуктивная нагрузка

Принцип действия схемы можно объяснить, рассмотрев четыре фазы ее работы. Диоды Dx и D2называются возвратными диодами. Инвертор не может управлять индуктивной нагрузкой без возвратных диодов. Без диодов в схеме имеются большие выбросы напряжения при пере­ключении тиристоров, поскольку нагрузка индуктивная. Эти выбросы напряжения могут разрушить тиристоры. Электрическая схема, рабочие фазы и форма выходного сигнала однофазного полумостового инвертора с индуктивной нагрузкой изображены на рис.4.

Фаза I. Тиристор Т1 находится в проводящем состоянии, и через нагрузку протекает ток положительного полупериода. Ток через ин­дуктивную нагрузку линейно увеличивается. В момент времени t= t2 тиристор Т1 принудительно закрывается за счет изменения полярности напряжения на нагрузке. Направление тока при этом сохраняется.

Рис.4 - а) Схема полумостового инвертора с индуктивной нагрузкой;

б) Фазы работы схемы,

в) Форма напряжения полумостового инвертора

Фаза II. Ток со стороны нагрузки смещает в прямом направлении диод D2, и он переходит в состояние проводимости. Мощность со сто­роны нагрузки передается в источник питания V2. Когда величина тока падает до нуля, диод D2 запирается.

Фаза III. Пока диод D2 проводит ток, тиристор Т2 не может нахо­диться в состоянии проводимости, поскольку он смещен в обратном направлении. Как только диод D2 запирается, можно включить тирис­тор Т2. На промежутке времени t2 - t3 напряжение и ток отрицательные, а мощность - положительная, то есть мощность передается от источника питания к нагрузке. В момент времени t= t4 тиристор Т2 принудительно включается.

Фаза IV. На индуктивной нагрузке изменяется полярность напря­жения, но направление тока через нее сохраняется. За счет изменения полярности напряжения диод D1, смещается в прямом направлении. Ток теперь течет по направлению к источнику питания Vv, имеет место рециркуляция мощности. Этот процесс продолжается до тех пор, пока диод D1 не перейдет в закрытое состояние в момент времени t5. Если тиристор Т1 снова включить, вышеупомянутые процессы повторятся.

При работе инвертора на RL-нагрузку ток в цепи изменяется эк­споненциально. Площади положительных и отрицательных периодов не равны, так как на резистивной компоненте нагрузки в противофазные периоды рассеиваются разные мощности.

1.3.3 Полумостовой инвертор с rlc– нагрузкой

Рис.5 - а) Схема полумостового инвертора с RLC-нагрузкой, б) Форма напряжения и тока полумостового инвертора

Электрическая схема и форма выходного сигнала однофазного полумостового инвертора с RLС-нагрузкой изображены на рис.5. Если инвертор питает RLС-нагрузку, отдельная цепь коммутирования не тре­буется. Это можно объяснить с помощью символического изображения на рис.5б. Рабочая частота инвертора должна быть выбрана такой, чтобы Хс > XL. При этих условиях в этой схеме ток опережает по фазе напряжение. Ток в нагрузке изменяется синусоидально. В промежутке времени от t0 до tl тиристор Т1 находится в проводящем состоянии. В момент времени t1 = t2 тиристор Т1, выключается, так как ток в цепи уменьшается до нуля. В промежутке времени от t1 до t2 диод D1 находится в проводящем состоянии и мощность передается от нагрузки к источнику питания. Диод D1 находится в проводящем состоянии до тех пор, пока на конденсаторе присутствует напряжение. Когда диод D1 находится в состоянии проводимости, тиристор Т1 смещен в обратном направлении. Таким образом, специальная цепь принудительной коммутации в этом случае не требуется. В этой схеме RLC-нагрузка обеспечивает комму­тацию тиристоров. В течение отрицательного полупериода тиристор Т2 находится в проводящем состоянии, через некоторое время диод D2 на­чинает проводить, вследствие этого тиристор Т2 смещается в обратном направлении и запирается

23. Автономные инверторы. Принципы построения инверторов тока и напряжения. Привести простейшие схемы.

Автономный (самокоммутирусмый, независи­мый) инпертор — инвертор, в котором коммутация вентилей осуществляется либо выключением и включением полностью уп­равляемых приборов (транзисторов и запираемых тиристоров), либо с помощью устройств принудительной коммутации, входя­щих в состав схемы преобразователя и создающих коммутирую­щее напряжение, обеспечивающее выключение неполностью уп­равляемых приборов (тиристоров). В автономных инверторах вы­ходные параметры (форма, частота напряжения) определяются схемой инвертора и его системой управления в отличие от зави­симых инверторов, выходные параметры которых соответствуют параметрам сети.

Автономный инвертор представляет собой электрическое уст­ройство, силовая часть которого состоит в самом общем случае из следующих основных узлов (рис. 3.6): входного фильтра Ф1, соб­ственно инвертора И, содержащего тиристоры, диоды и комму­тирующие элементы, трансформатора Т и выходного фильтра Ф2. Так же, как и выпрямители, инверторы различаются по мощ­ности, напряжению, числу фаз вторичной обмотки трансформа-

тора, способу регулирования выходного напряжения, по схеме инвертирования и другим менее существенным факторам.

Работа автономного инвертора и его технико-экономические показатели в основном определяются схемой инвертирования под которой, как правило, понимают схему соединения ключе­вых элементов и элементов для их коммутации, а также транс­форматора и в отдельных случаях входного или выходного филь­тра (если последний оказывает непосредственное влияние на процесс инвертирования). От схемы инвертирования завися1 форма кривой выходного напряжения, форма кривой потребля­емого тока, внешняя (или нагрузочная) характеристика, КГЦ] инвертора, допустимое изменение коэффициента мощности на­грузки (указываемого обычно по основной гармонике напряже­ния на нагрузке), максимальное (мгновенное) значение тока нагрузки, определяющее для большинства схем порог устойчи­вой работы инвертора.

По характеру протекающих в схеме электромагнитных процес­сов автономные инверторы подразделяются на инверторы тока, инверторы напряжения и резонансные инверторы. Такое разделе­ние инверторов весьма условно. За определяющий признак в этом случае принимается проводимость цепи постоянного тока со сто­роны непосредственно преобразующей части (например, тирис-торной мостовой схемы) относительно переменной составляю­щей напряжения.

В [1] с учетом стандарта МЭК на термины силовой электрони­ки приводятся следующие определения:

инвертор напряжения — инвертор, питаемый от цепи постоянного тока с преобладающими свойствами (характеристи­ками) источника напряжения;

инвертор тока — инвертор, питаемый от цепи постоянно­го тока с преобладающими свойствами источника тока.

Рассмотрим это более подробно на примере двух автономных инверторов, питающихся от источника постоянного напряжения U_d, (рис. 3.7).

В испи постоянного тока первого инвертора (см. рис. 3.7, а) включен реактор с большой индуктивностью. Тогда в интервале между коммутациями ключевых элементов K1...K4 tok в реакторе изменяется незначительно. В этом случае ключевые элементы ин­вертора изменяют направление (но не мгновенное значение) тока в нагрузке, так что последняя питается как бы от источника тока, что и нашло отражение в соответствующей терминологии — ин­вертор тока. Нагрузка таких схем носит, как правило, емкостный характер, так как при индуктивной нагрузке из-за скачкообраз­ного изменения тока возникли бы перенапряжения, нарушаю­щие нормальную работу элементов схемы. В некоторых разновид­ностях инверторов тока, рассчитанных на работу с нагрузкой ин- дуктивного характера, предусматриваются устройства для отвода части энергии, накопленной в индуктивностях нагрузки.

В схеме на рис. 3.7, б источник постоянного напряжения под­ключен непосредственно к ключевым элементам, которые перио­дически с изменением полярности подключают это напряжение к нагрузке. В результате нагрузка питается как бы от источника пере­менного напряжения. Такая схема классифицируется как инвертор напряжения. Нагрузка в этом случае должна носить активный или

ктивно-индуктивный характер (если на выходе инвертора не уста­новлены фильтры), так как при емкостном характере нагрузки из-за скачкообразного изменения напряжения имели бы место всплески токов. Для устранения перенапряжений на элементах схемы часть энергии, накопленной в индуктивности нагрузки, возвращают в источник постоянного напряжения. Для этого ключевые элементы шунтируют диодами, включенными «обратно» по отношению к полярности питающего источника. Такие диоды иногда называют «обратными» (на рис. 3.7 они не показаны).

Законы изменения токов в цепи нагрузки инвертора напряже­ния при определенных условиях подобны законам изменения уз­ловых потенциалов на шинах нагрузки инвертора тока. Такое со­ответствие законов известно в электротехнике как принцип ду­альности (двойственности) цепей. В рассматриваемом случае дуальными элементами в схемах инверторов (см. рис. 3.7) являются:

а) источник напряжения и источник тока;

б) сопротивление и проводимость нагрузки;

в) индуктивность и емкость.

Используя принцип дуальности, можно результаты анализа процессов в схеме инвертора одного типа, например инвертора тока, путем определенных преобразований распространить на схему инвертора другого типа — инвертора напряжения, и наоборот.

Индуктивность сглаживающего реактора L_d, в инверторе тока имеет конечное значение и оказывает существенное влияние на динами­ческие характеристики инвертора. В частности, чем меньше эта ин­дуктивность, тем меньше всплески и провалы выходного напряже­ния при скачкообразных изменениях нагрузки инвертора. В цепи по­стоянного тока некоторых инверторов напряжения имеется индук­тивность, обеспечивающая коммутацию тиристоров. Поэтому нали­чие индуктивности в цепи постоянного тока еще не является доста­точным признаком для определения типа схемы (инвертор тока или инвертор напряжения). Необходимо знать характер изменения вход­ного тока инвертора. Как правило, считают, что в инверторах тока входной ток непрерывен или прерывается на время, незначительное по сравнению с межкоммутационным интервалом.