3. Ведомые сетью инверторы

Инвертор – устройство, предназначенное для преобразования энергии постоянного тока в энергию переменного тока, т. е. выполняет функцию, обратную той, которую выполняет выпрямитель.

Н а практике часто возникает задача чередования режимов выпрямления и инвертирования. Эти режимы могут быть реализованы в одном и том же преобразователе: если энергия передается от сети к нагрузке, то преобразователь является управляемым выпрямителем; если энергия передается от источника постоянного тока в сеть, то преобразователь называют ведомым сетью инвертором.

Изменение направления потока энергии требует изменения знака мощности P_d = U_d · I_d преобразователя. Поскольку ток I_d не может изменить своего направления из-за односторонней проводимости тиристоров, изменение знака мощности достигается за счет изменения знака напряжения U_d. Для этого необходимо обеспечить увеличение угла управления до

α > 90⁰. Рассмотрим кратковременный режим инвертирования (ключ К на рис. замкнут).

Пусть в некоторый момент времени угол управления скачком изменяется от ₁< 90⁰ до ₂> 90⁰. Тогда, благодаря большой постоянной времени нагрузки, ток i_d в течение некоторого времени (до момента t_эм) протекает в прежнем направлении при отрицательной полярности напряжения U_dи. В момент t_эм энергия в индуктивности полностью израсходована и ток i_d= 0. При t > t_эм имеет место режим прерывистого тока, при котором U_d= 0. В течение интервала с отрицательным значением U_d энергия, накопленная в индуктивности отдается в сеть – имеет место кратковременный режим инвертирования.

Если на стороне нагрузки имеется дополнительный ист. э.д.с. E_d> u_dмах (ключ К на рис. разомкнут), который постоянно обеспечивает режим непрерывного тока при отрицательной полярности U_d, преобразователь работает в режиме ведомого сетью инвертора (рис. 2).

В инверторном режиме для характеристики управления используют угол опережения  =   . Минимальный угол опережения должен удовлетворять условию _мин> t_вос, где t_вос – время восстановления запирающих свойств тиристора. Если это условие по каким-то причинам не выполняется, происходит опрокидывание инвертора. Это аварийный режим, когда открыты оба тиристора, через которые протекает ток короткого замыкания. Рис. 2

3. Однофазный автономный инвертор напряжения

Здесь VD1-VD4 – обратные диоды, предназначенные для замыкания реактив. тока нагрузки. VT1-VT4 – транзисторы работающие в ключевом режиме. Форма вых. напряж-я определяется алгоритмом переключения силовых элементов, кот. реализуются системой управления.

Управ. импульсы подаются поочередно на одну из пар транз-в – VT1, VT4 или VT2, VT3. Пусть к моменту t = 0 открыты транз-ры VT2, VT3, ток нагрузки замык-ся по конт. VT3-Z_н-VT2-E. В момент t = 0 транз-ры VT2, VT3 запираются, а на VT1, VT4 – подаются управ. имп-сы, но ток нагрузки, поддерживаемый энергией накопленной в индуктивности, продолжает протекать в прежнем направлении, замык. по контуру Z_нVD1EVD4. В момент t₁ ток нагрузки меняет направ-е и на инт. t₁<t< замык. по кон. VT1Z_нVT4E. В теч. всего полупериода вых. напряжения нагрузка подключ. к источ-ку вначале ч/з VD1, VD4, а затем – ч/з VT1, VT4 так, что u_н= Е. На инт.  < t < 2 процессы протекают аналогично, но u_н= Е. В резул. на выходе формир-ся перем. напряж. в виде полного прямоугольника. Форма напряж. не завис. от парамет-в нагрузки (L_н, R_н). Обычно требуется регул-ть не только частоту, но и величину вых. напряж. АИН. В рассмот-ом примере это возможно только при измен-и напряж. на вх. инвертора (напр., с помощью управ-го выпрямителя).

Широтно-импульсное регулирование

Др. способ состоит в применении алгоритма управления, обеспечивающего паузу на нуле в кривой напряж. u_н (широтно-импульсное регулир-е – ШИР). Напряжение на нагрузке формируется следующим образом. На инт. 0 < t <  ч/з VD1 (VT1) и VD4 (VT4) к нагрузке приложено напряж. +Е; на инт.  < t <  нагрузка ч/з VT4 и ч/з VD2 подключена к шине «-» источника, при этом u_н= 0. Величина вых. напряж. измен-ся при измен-и . На инт.  < t < 2 аналог.

На инт. 0<t<t₁ реактив. ток нагрузки замык-ся по конт. Z_нVD1EVD4; на инт. t₁<t< ток i_н меняет направление и замыкается по контуру VT1Z_нVT4E. На инт. <t< транз. VT1 заперт, на VT2 – подается управление, ток нагрузки протекает в прежнем направлении, замык. по конт. Z_нVT4шина «-»VD2.