3.3.10 Інвертори струму та напруги
Інвертори – пристрої для перетворення постійного струму в змінний струм заданої частоти та напруги. Основним елементом інверторів є безконтактний ключ, тобто, пристрій, комутуючий електричні кола. В якості ключів на даний час використовують транзистори і тиристори, які мають низьку напругу насичення в відкритому стані і малий струм в закритому стані, дякуючи цьому ККД інверторів дуже високий і досягає 95%.
На рис.3.3.19 наведена схема інвертора на транзисторах. Інвертори такого типу використовуються в електронній апаратурі малої і середньої потужності, коли необхідно перетворити постійну напругу однієї величини (зазвичай меншої) в постійну напругу іншої величини (зазвичай більшої). Такі перетворювачі отримали широке застосування в установках, ів яких первинним джерелом живлення є, наприклад, акумуляторні, сонячні і атомні батареї.
TU
ω`oc
ІК
VT1
R1
2
+ ІБ
R2 E - Вихід 1
VT2
0 α1 α2
ω``oc U`K U``K UK
а) б)
Рис. 3.3.19. схема інвертора з самозбудженням (а) і зміна положення
лінії навантаження на вихідних характеристиках транзистора при його роботі (б)
В інверторі рис. 3.3.19, а транзистори ввімкнені за схемою зі СБ. самозбудження інвертора досягається введенням позитивного зворотного зв’язку між вихідним (колекторним) і вхідним (базовим) колами, який здійснюється за допомогою обмоток ω`oc і ω``oc трансформатора. В результаті цього транзистори VT1 i VT2 відкриваються і закриваються почергово і на виході інвертора з’являються імпульси прямокутної форми змінної полярності. Нехай, інвертор самозбудився і один із транзисторів, наприклад транзистор VT1, відкритий і знаходиться в стані насичення, якому відповідає напруга на транзисторі U`K (пряма 1 на рис.3.3.19, б), а транзистор VT2 закритий. Постійна напруга Е, яка прикладена до верхньої половини первинної обмотки трансформатора з виводом середньої точки, викликає появу в осерді трансформатора магнітного потоку Ф, який змінюється по лінійному закону. Лінійно зростаючий магнітний потік обумовлює ЕРС в обмотках ω`oc і ω``oc. З цієї причини у вхідному (базовому) колі транзистора VT1 наводиться ЕРС, яка підтримує цей транзистор відкритим. ЕРС, яка наводиться в обмотці ω``oc, підтримує закритим транзистор VT2. коли осердя трансформатора наближається до стану насичення, швидкість зростання магнітного потоку знижується. Зменшується і ЄРС, яка наводиться в обмотках ω`oc і ω``oc. Пісня насичення осердя трансформатора опір його змінному струму спадає і вся напруга U``K≈Е прикладається до транзистора VT1. Його колекторний струм зростає і тим самим виводить транзистор із режиму насичення (пряма 2 рис.3.3.19, б). Це призводить до того, що ЕРС, що наводяться в обмотках ω`oc і ω``oc змінюються до таких величин, які забезпечують закривання транзистора VT1 і відкривання транзистора VT2. далі процес повторюється. Ввімкнені в інвертор резистори R1 і R2 необхідні для того, щоб на базах транзисторів в момент ввімкнення був відкриваючий (від’ємний) потенціал, інакше інвертор не само збудиться.
Широке розповсюдження отримали інвертори, виконані на тиристорах. В залежності від характеру зв’язку з джерелами живлення такі інвертори діляться на інвертори струму та інвертори напруги.
L0
VS1 Rн VS2 VS1 Rн VS2
E E C0
VS3 VS4 VS3 VS4
а) б)
Рис. 3.3.20. Схеми інверторів струму (а) та напруги (б)
Інвертор струму живиться від джерела постійної ЕРС через дросель великої індуктивності L0 (рис.3.3.20, а), внаслідок чого струм у вхідному колі інвертора при комутації тиристорів практично залишається незмінним.
Інвертор напруги (рис.3.3.20, б) підключають безпосередньо до джерела живлення. Характерним для такого перетворювача є наявність конденсатора великої ємності С0, відімкненого паралельно входу інвертора. Цей конденсатор забезпечує при комутації тиристорів постійність напруги на інверторі. Комутація тиристорів здійснюється від спеціальної системи управління, що формує кути управління α для кожного тиристора. Значення цих кутів визначають форму змінної напруги в навантаженні Rн.
В залежності від умов експлуатації застосовують різні модифікації перетворювачів, які мають схеми більш складніші від розглянутих. Необхідно зазначити, що використання в схемах тиристорів вимагає спеціальних засобів захисту електронної апаратури від електронних перешкод. Останні виникають від швидкого перемикання струмів в колах регулювання.