4.2 Автономные инверторы напряжения

Автономные инверторы напряжения выполняются на полностью управляемых силовых приборах: транзисторах, запираемых тиристорах и незапираемых тиристорах с узлами принудительной коммутации. Схема однофазного мостового инвертора приведена на рис. 4.4а.

Схема содержит однофазный мост силовых транзисторов VT1-VT4, встречно включённый мост обратных диодов VD1-VD4, входной конденсатор фильтра C_Ф и активно-индуктивную нагрузку R_H, L_H. Транзисторы попарно и поочерёдно (VT1, VT2 и VT3, VT4) открываются по цепи управления, подключая цепь нагрузки к источнику питания. На нагрузке формируется разнополярное напряжение прямоугольной формы. В момент переключения транзисторов энергия, запасённая в L_H, возвращается в источник электропитания (или в конденсатор C_Ф, если источник обладает односторонней проводимостью) через обратные диоды.

Временные диаграммы напряжений и токов в схеме АИН при длительности управляющих импульсов напряжения 180⁰ (в градусной мере) показаны на рис. 4.4б.

При открытых транзисторах VT1, VT2 напряжение на нагрузке положительно и ток нагрузки изменяется по экспоненциальной зависимости. После переключения транзисторов напряжение на нагрузке меняет свою полярность, но ток нагрузки продолжает протекать в прежнем направлении, замыкаясь по цепи обратных диодов (VD3, VD4 и VD1, VD2), а энергия от нагрузки передаётся в источник питания. Когда ток нагрузки переходит через ноль, начинают проводить очередные два транзистора (VT3, VT4).

Действующее значение напряжения на нагрузке равно E_П, а действующее значение основной гармоники этого напряжения

.

Изменением момента запирания одного из транзисторов в каждой работающей паре можно изменять длительность приложения напряжения источника к нагрузке, и, следовательно, изменять действующее значение напряжения на нагрузке. На рис. 4.4в показаны диаграммы напряжений и токов в схеме АИН при работе одного из транзисторов в течение Θ = 180⁰ - α (в градусной мере).

После выключения транзистора VT1 напряжение на нагрузке равно нулю, а ток нагрузки замыкается по цепи L_H – R_H – VT2 – VD4. После включения транзисторов VT3, VT4 ток нагрузки, не успевший уменьшится до нуля, замыкается через диоды VD3, VD4, возвращая энергию L_H в источник. Затем ток меняет своё направление и замыкается через транзисторы VT3, VT4.

Действующее значение напряжения на нагрузке равно , а действующее значение основной гармоники этого напряжения:

.

4.3 Трёхфазный мостовой инвертор напряжения

Схема (рис. 4.5а) содержит шесть транзисторных ключей VT1-VT6, образующих трёхфазный мост, шесть встречно включённых диодов VD1-VD6, соединённых по схеме трёхфазного моста и выполняющих функцию диодов обратного тока, и схему управления, обеспечивающую переключение транзисторных ключей по заданному алгоритму с проводящим состоянием требуемой продолжительности. Частота выходного напряжения задаётся схемой управления.

При однократном переключении в периоде выходного напряжения угол проводящего состояния транзисторов может быть равен 120, 150, 180 эл. градусов. Временные диаграммы для Θ = 180⁰ показаны на рис. 4.5б.

На интервале одного периода происходит шесть коммутаций шести транзисторов. Одновременно в проводящем состоянии находятся три транзистора: два в анодной и один в катодной группе, или наоборот. Напряжение источника питания E_П прикладывается к фазным нагрузкам в соответствии со схемой подключения на данном интервале. Напряжение между анодной или катодной точкой и нулевой точкой нагрузки равно или в зависимости от того, две фазы или одна фаза нагрузки в данный момент связаны с соответствующей шиной (рис 4.6).

В результате фазные напряжения имеют трёхступенчатую форму, которая сохраняется независимо от характера нагрузки.

Линейное напряжение при этом имеет форму прямоугольников с углом основания 120⁰.

Форма тока в цепи нагрузки зависит от характера нагрузки. При RL-нагрузке после очередного переключения транзистора под действием э.д.с. самоиндукции ток в данной фазе сохраняет своё направление и замыкается по цепи обратного диода противоположного плеча данной фазы.

Ток во входной цепи инвертора определяется суммой мгновенных значений токов транзисторов анодной и катодной групп и при RL-нагрузке имеет форму, близкую к пилообразной.

При угле проводящего состояния транзисторов Θ = 120⁰ (рис. 4.7а) одновременно проводят ток два транзистора: один в анодной, другой в катодной группах.

В результате формируются линейные напряжения двухступенчатой формы. Фазные напряжения имеют прямоугольную форму с основанием 120⁰.

При алгоритме управления когда Θ = 150⁰ (рис. 4.7 (б)) одновременно ток проводят два или три транзистора.

Линейное напряжение имеет двухступенчатую форму, а фазное напряжение – трёхступенчатую форму.

Гармонический состав выходного напряжения при Θ = 120⁰ и Θ = 180⁰ одинаков. При Θ = 150⁰ содержание высших гармонических составляющих уменьшается, поэтому этот алгоритм в ряде случаев предпочтительней.