20. . Принцип действия однофазного инвертора с нулевой точкой трансформатора

Рисунок 83 – Однофазный инвертор с нулевой точкой трансформатора

Рисунок 84 – Диаграммы работы на R нагрузку

Для того, чтобы получить желаемые изменения во времени выходных параметров, то есть получить переменное напряжение и переменный ток, необходимо периодически подключать с переменной полярностью источник постоянного тока к выходам инвертора.

При рассмотрении процессов, протекающих в инверторе, примем допущение, что все идеально, то есть ∆U_В=0, L_рас=0.

В схеме поочередно работают транзисторы VT1 и VT2. Длительность включенного состояния каждого из транзисторов равна полупериоду выходного напряжения и задается системой управления ключами инвертора. Для исключения постоянной составляющей в выходном напряжении длительности открытого состояния каждого из транзисторов должны быть строго одинаковыми.

При включении VТ1(θ=0) к первой полуобмотке трансформатора прикладывается напряжение U_пит, которое трансформируется во вторичную обмотку трансформатора. Если коэффициент трансформации k считать равным 1-е, то на нагрузке Z_Н имеем напряжение +U_пит. При отрывании VT1 во второй полуобмотке трансформатора по закону взаимоиндукции наводится э.д.с, равная напряжению питания U_пит (в идеале). Поэтому к закрытому транзистору VT2 прикладывается в прямом направлении напряжение, большее напряжения питания в 2 раза, т.е. U_КЭ=2U_П (рисунок 99). При активной нагрузке форма тока не искажается, он повторяет форму напряжения и ток равен .

Р исунок 85 – Схема замещения

В момент времени θ=π транзистор VT1закрывается, а транзистор VT2 отрывается. В результате протекания тока по второй полуобмотке трансформатора в нагрузке трансформируется э.д.с, равная –U_пит. К закрытому транзистору VT1 прикладывается напряжение U_КЭ=2U_П, а ток в нагрузке равен .

Недостатки схемы: высокое напряжение на вентилях (2U_П), а так же необходимость использования трансформатора.

Работа схемы на RL нагрузку.

Рисунок 86 – Однофазный инвертор с нулевой точкой трансформатора при работе на R-L нагрузку

Р исунок 87 – Диаграммы работы при R-L нагрузке

При RL нагрузке в работу вступают возвратные диоды (VD1 и VD2). При этом порядок коммутации ключей VT1 и VT2 остается таким же, как и при активной нагрузке.

При подаче открывающего импульса на VT1 (θ=0) он открывается в момент времени θ1. Из-за наличия индуктивности в цепи нагрузки ток изменяется по апериодическому закону. Для интервала θ1<θ<θ2 можно записать следующее выражение: .

В момент времени θ2=π подается открывающий импульс наVT2, но из-за действия э.д.с самоиндукции откроется VD2, аVT2 остается пока закрытым. Вследствие открытого состояния диода VD2 ток в цепи источника питания меняет свой знак и энергия, накопленная в поле индуктивности по цепи второй полуобмотки +C_Ф→ –C_Ф→ VD2 отдается в сеть. Для интервала времени θ2<θ<θ3 можно записать выражение .

При θ=θ3 ток в нагрузке становится равным нулю, диод VD2 закрывается, открывается транзистор VT2 и ко второй полуобмотке трансформатора прикладывается напряжение U_пит. При этом ток в цепи источника питания меняет свое направление. К закрытому транзистору VT1 в прямом, а к диоду VD1 в обратном направлениях прикладывается напряжение 2U_пит.

Если в схеме инвертора не установить диоды, то произойдет пробой коллектор–эммитерного перехода транзистора из-за резкого скачка э.д.с самоиндукции.

Кривая тока нагрузки формируется из участков, на которых проводит ток либо один из диодов, либо один из транзисторов.

Действующее значение э.д.с на нагрузке равно U_П.