5.9 Інвертори

І нвертуванням називають процес перетворення енергії постійного струму в енергію змінного струму. Пристрою, що здійснюють цей процес, називають інверторами.

Перетворювачі постійної напруги, у яких на виході є змінна напруга, називають інверторами. Інвертори класифікуються по ряду ознак, основними з яких є:

1. тип комутуючих приладів — тиристорні й транзисторні;

2. принцип комутації — ведені мережею й автономні інвертори;

3. рід перетворюваної величини — інвертори струму й інвертори напруги.

Інвертори на більшу вихідну потужність виконуються тиристорними.

Інвертори, ведені мережею, здійснюють перетворення енергії постійного струму з передачею енергії в мережу змінного струму, тобто вирішують завдання зворотну випрямлену. Вони виконуються по тим самим схемам, що й керовані випрямлячі. На рис. 5.15 зображена схема, що представляє собою однофазний двухпівперіодний інвертор з виводом середньої точки вторинної обмотки трансформатора. Між середньою точкою 0 і вузлом Із включене джерело постійної е.р.с. Е. Інвертор, ведений мережею, може працювати як випрямляч, якщо кут керування, <90⁰ (рис. 5.15,б). При =90⁰ середнє значення випрямленої напруги дорівнює нулю. Для передачі електроенергії, яка створюється джерелом Е, у мережу змінного струму необхідно, щоб струм і₁ і напруга U₁ перебували в противофазі. Подібний зсув фаз можливий в тому випадку, якщо тиристори по черзі будуть відкриватися при негативній полярності напруг U_2а й U_2b - при цьому відбувається почергове підключення вторинних обмоток трансформатора до джерела Е.

Запирання й відмикання тиристорів відбувається під впливом напруги вторинної обмотки трансформатора, що задається мережею змінного струму. Тому такий інвертор називають інвертором, веденим мережею. Інвертори, ведені мережею, часто використовують на електричному транспорті. При звичайному русі електропоїзда машини постійного струму працюють як двигуни, що живляться від випрямляча, а при гальмуванні вони перетворюються в генератори, що віддають електроенергію в мережу змінної напруги. Такий процес називається рекуперацією.

А втономні інвертори здійснюють перетворення постійного струму в змінній з незмінною або регульованою частотою й працюють на автономне навантаження. Автономні інвертори застосовують у тих випадках, якщо необхідно:

1) мати змінний струм необхідної частоти, коли джерелами електроживлення є пристрої прямого перетворення енергії- паливні елементи, термо- і фотоелектричні генератори, контактна мережа електричного транспорту, акумулятори й т.д.;

2) перетворити постійну напругу одного значення в постійну напругу необхідного значення;

3) одержати змінний струм високої частоти для електротермічних установок, за допомогою яких плавлять метали, нагрівають, сушать і гартують вироби.

На рис. 5.16, а зображена схема автономного інвертора струму, у якому джерело електроживлення Е працює в режимі джерела струму, що досягається включенням у ланцюг дроселя L₀ з більшою індуктивністю. Тиристори VS1 і VS2 відкриваються по черзі імпульсами, що запускають, та які поступають від блоку системи керування (вхід 1, вхід 2). Роботу схеми ілюструють тимчасові діаграми, які зображені на рис. 5.14,6. З появою першого імпульсу, що запускає, U_вх відкривається тиристор VS1, і ліва половина первинної обмотки трансформатора підключається до джерела, у ній з'являється наростаючий струм, що наводить е.р.с. у правій половині первинної обмотки й у вторинній обмотці. При цьому комутуючий конденсатор C_k виявляється під подвоєною напругою джерела електроживлення Е, до якого він заряджається. Полярність напруги на ньому зазначена без дужок.

Наступний імпульс, що запускає, U_вх2 включає тиристор VS2. Конденсатор C_k через відкритий тиристор VS2 виявляється підключеним до тиристора VS1, причому з такою полярністю, що плюсова обкладка з'єднується з катодом, а мінусова - з анодом. Це приводить до запирання тиристора VS1. Починає протікати струм через праву половину вторинної обмотки й починається перезарядження конденсатора С_k. Процеси повторюються.

Істотним недоліком автономних інверторів є неприпустимість режиму роботи інвертора на холостому ходу, тому що виникаючі при цьому перенапруги можуть вивести з ладу тиристори й конденсатор.

Контрольні питання

1. Дайте визначення інвертору.

2. Наведіть класифікацію інверторів.

3. Наведіть схему інвертора.

4. Яке призначення елементів схеми?

5. Опишіть принцип роботи схеми.

6. Замалюйте часові діаграми роботи.

7. Що являють собою автономні інвертори?

8. Яка область застосування інверторів?

9. Наведіть схему автономного інвертора.

10. Яке призначення елементів схеми?

11. Опишіть принцип роботи схеми.

12. Замалюйте часові діаграми роботи.