21. Принцтп действия однофазного полумостового инвертора

Р исунок 88 – Схема однофазного полумостового инвертора со средней точкой источника питания

Для работы данной схемы необходимо иметь источник питания со средней точкой, которая образуется за счет включения на входе инвертора двух емкостей C_Ф1 и C_Ф2. Транзисторы в данной схеме работают попарно в противофазе с одинаковой длительностью закрытого и открытого состояния.

При активной нагрузке ток и напряжение имеют одну и туже форму (прямоугольных двухполярных импульсов). К нагрузке на каждом полупериоде прикладывается напряжение .

Р исунок 89 – Диаграммы работы схемы

При наличии индуктивности форма тока становится апериодической. В момент времени θ1 открывается транзистор VT1 и ток нагрузки протекает от источника питания по цепи +U_П→VT1→RL→ноль источника питания. При этом к нагрузке прикладывается напряжение , а к транзистору VT2 в прямом и диоду VD2 в обратном направлении напряжение U_П. В момент времени θ2 транзистор VT1 закрывается и должен открыться транзистор VT2, но из-за действия э.д.с самоиндукции изменившей свой знак и стремящейся поддержать ток в цепи нагрузки откроется диод VD2 и ток продолжает протекать в том же направлении VD2 → RL → ноль источника питания → +C_Ф2→ –U_П → VD2. При этом ток в цепи нагрузки уменьшается, а ток в цепи источника питания поменял свой знак, то есть на интервале θ2<θ<θ3 ток по нагрузке протекает под действием э.д.с самоиндукции и происходит возврат энергии в C_Ф2.

В момент времени θ3 ток в нагрузке становится равным нулю, диод VD2 закрывается, открывается транзистор VT2 и ток начинает протекать по цепи VT2 → –U_П → C_Ф2 → ноль источника питания → RL → VT2. Действующее значение э.д.с в нагрузке равно .

Недостатки схемы: необходимость источника питания со средней точкой (двух емкостей) и к ключам прикладывается двойное напряжение.

22. Принцип действия однофазного мостового инвертора напряжения

Р исунок 90 – Схема однофазного мостового инвертора

В данной схеме транзисторы работают попарно в противофазе с одинаковой длительностью открытого и закрытого состояния либо VT1,VT4 либо VT2,VT3. Если нагрузка активно-индуктивная, то в схему должен быть включен мост возвратных диодов VD1–VD4.

В момент времени θ1 отрываются транзисторы VT1 и VT4 и ток начинает протекать по нагрузке по цепи +U_П → VT1 → RL → VT4 → –U_П. В момент времени θ=π транзисторы VT1 и VT4 закрываются и подаются отрывающие импульсы на транзисторы VT2,VT3. Однако из-за действия э.д.с самоиндукции транзисторы VT2,VT3 не отроются, а откроются диоды VD2,VD3 и ток будет протекать по нагрузке в том же направлении до момента времени θ2, когда он станет равным нулю. При этом диоды VD2,VD3 закрываются, а транзисторы VT2,VT3 отрываются, и ток начинает протекать по нагрузке в противоположном направлении.

В данной схеме к закрытым транзисторам и диодам прикладывается напряжение U_П. Действующее значение напряжения на нагрузке U=U_П.

Рисунок 91 – Диаграммы работы схемы

23ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТРЕХФАЗНОГО МОСТОВОГО АИН ПРИ ФОРМИРОВАНИИ КРИВОЙ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ И λ=180

Рисунок 92 – Схема трехфазного мостового АИН

При λ=180 алгоритм переключения ключей инвертора следующий:

Рисунок 93 – Алгоритм переключения ключей инвертора

Выполнение данного алгоритма позволяет получить на нагрузке кривую 3-х фазного симметричного несинусоидального переменного напряжения.

Из алгоритма переключения инвертора следует, что в 3-хфазном мостовом АИН при λ=180 за период Т выходного напряжения инвертора имеется шесть независимых сочетаний открытых и закрытых состояний транзисторов. При этом , в каждый момент времени открывающие импульсы подаются на три транзистора.

1 На данном интервале открыты VT1,VT6,VT5. Схема замещения следующая:

Р исунок 94 – Схема замещения при

Рисунок 95 – Схема замещения при (2-й вариант)

2.

На данном интервале открыты VT1,VT6,VT2.Схема замещения следующая:

Р исунок 96 – Схема замещения при

3 .

На данном интервале открыты VT1,VT2,VT2. Схема замещения следующая:

Рисунок 97 – Схема замещения при

4.

На данном интервале открыты VT4,VT3,VT2. Схема замещения следующая:

Рисунок 98 – Схема замещения при

5.

На данном интервале открыты VT5,VT3,VT4.Схема замещения следующая:

Рисунок 99 – Схема замещения при

6.

На данном интервале открыты VT4,VT6,VT5.Схема замещения следующая :

Рисунок 100 – Схема замещения при

Р исунок 101 – Диаграммы работы

Из схем замещения видно , что за период выходного напряжения каждая фаза нагрузки включается либо параллельно другой фазе и последовательно с третьей , либо последовательно с двумя другими фазами включается параллельно. Поэтому , к каждой фазе прикладывается напряжение U либоUп/3(-Uп/3) , либо 2/3Uп (-2/3Uп).

При этом фазное напряжение на нагрузке двухполярное шестиступенчатое. При активной нагрузке кривая тока повторяет кривую напряжения.

Рисунок 102 – Линейные напряжения на выходе АИН

Расчетные соотношения.

Фазное напряжение на нагрузке:

Линейное напряжение на нагрузке:

Выходное напряжение первой гармоники для λ=180 :

Коэффициент искажения кривой напряжения:

24 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТРЕХФАЗНОГО МОСТОВОГО ИНВЕРТОРА АИН λ=180º

Р исунок 103 – Алгоритм переключения ключей АИН

Из алгоритма переключения ключей видно, что в трёхфазном мостовом АИН при ٨=180º за период Т выходного U напряжения инвертора возможно шесть независимых сочетаний, открытых и закрытых состояний ключей. При этом в каждый момент времени открывающие импульсы подаются на три транзистора.

1. 0<θ<π/3 (0-60º) открывается VT1,VT6,VT5;

Рисунок 104 – Схема замещения при 0<θ<π/3

2. π/3<θ<2π/3 (60º-120º) открывается VT1,VT6,VT2;

Рисунок 105 – Схема замещения при π/3<θ<2π/3

Рисунок 106 – Диаграммы работы АИН

Из схем замещения видно, что за период каждая фаза нагрузки включает либо параллельно другой фазе и последовательно с третьей, либо последовательно с двумя другими фазами, включёнными параллельно. Поэтому к каждой фазе прикладывается либо , либо , при этом фазное напряжение двухполярное шести ступенчатое. При активной нагрузке кривая тока повторяет кривую U.

Выходное U напряжение содержит, кроме основной гармоники, гармоники некратные трём, то есть n=6к±1 (к=1,2…)

- коэффициент искаженной кривой.

Активно-индукционная нагрузка АИН.λ=180º (R-L).

При (R-L) нагрузке ток отстаёт от напряжения, при этом изменяется конфигурация эквивалентных схем замещения инвертора. В работу вступают возвратные диоды. Но это не приводит к изменению формы напряжения на нагрузке так как в каждый момент времени в схеме остаются включенными три полупроводниковых вентиля.

Конфигурация эквивалентных схем зависит от угла φ (угол сдвига тока относительно напряжения).

1. φ<60º.

Рисунок 107 – Диаграммы работы при φ<60º

В момент времени θ=0 отключается VT4, и подаётся открывающий импульс на VT1, но из-за действия ЭДС самоиндукции фазы А, изменяющий свой знак в момент времени θ=n π(0), открывается VD1 и ток фазы А протекает по цепи фаза А → VD1 → VT5 → фаза С → фаза А. То есть, на интервале 0<θ<φ происходит обмен реактивной энергией между фазами А и С. При этом подключение фаз к источнику питания остаётся аналогичным, как и при R-нагрузке. Поэтому форма U напряжения на нагрузке не изменяется. В момент времени θ<φ, ток I становится равным нулю, VD1 закрывается, открывается VT1. Таким образом, при φ<60º возврат энергии в источник питания не происходит, а на отдельных интервалах происходит обмен реактивной энергией между фазами.

41 φ>60º.

Рисунок 108 – Диаграммы работы при φ>60º

На интервале времени 0<θ<π/3 открывается VT5, и VD1. На этом интервале происходит обмен реактивной энергией между фазами А и С. В момент времени θ=π/3 закрывается VT5 и должен открываться VT2, но из-за действия ЭДС самоиндукции фазы С, открывается VD2. π/3<θ<-φ на этом интервале VT1 не открылся ещё, а открылся VD1 и VT6, VD2 (открывается под действием ЭДС самоиндукции фазы С) и часть энергии, запасённой в полях индуктивностей фаз А и С возвращается в источник питания, а часть рассеивается в активном сопротивлении. Энергия в фазе В через VT6, VD2 и фазу С рассеивается активном сопротивлении фаз С и В. На этом интервале ток i меняет свой знак.

Трёхфазный АИН λ=180º соединение нагрузки треугольник (∆).

1. 0<θ<π/3 открывается VT1, VT6, VT5;

2. π/3<θ<2π/3 работает VT1,VT2,VT6.

Рисунок 109 – Схемы замещения

Действующее значение фазного напряжения

При R-L нагрузке форма напряжения остается неизменной. На выходе напряжения трёхфазного инвертора при ٨=180º отсутствуют чётные гармоники и кратные трём, присутствуют: 1, 5, 7, 11…

При соединении нагрузки в звезду фазное напряжение на нагрузке имеет гармоническую составляющую.

Рисунок 110 – Алгоритм переключения ключей АИН

25 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТРЕХФАЗНОГО АИН ПРИ УГЛЕ ПРОВОДИМОСТИ λ=120⁰.

Рисунок 111 – Схема трехфазного АИН

Алгоритм переключения ключей инвертора при λ=120⁰ выглядит следующим образом.

Рисунок 112 – Алгоритм переключения ключей инвертора

Как видно из алгоритма переключения ключей инвертора при λ=120⁰ в схеме в каждый момент времени открывающие импульсы одновременно подаются лишь по 2 тиристора.

1. 0<Θ<π/3;

2. π/3<Θ<2π/3;

3. 2π/3<Θ<π;

4. π<Θ<4π/3;

5. 4π/3<Θ<5π/3;

6. 5π/3<Θ<2π.

Р исунок 113 – Схемы замещения, соответствующие углам открывания

λ=120⁰. Нагрузка R-L, соединение звезда φ≥π/3

Рисунок 114 – Схемы замещения, соответствующие углам открывания

Так выглядит напряжение и ток на нагрузке А.При этом в каждый момент времени ток проводят 3 полупроводниковых ключа: 2 транзистора и 1 диод.

Рисунок 115 – Диаграммы работы