Резонансный последовательный инвертор

Наиболее распространен в сварочных источниках питания резонансный последовательный инвертор, собранный по симметричной полумостовой схеме (рис. 4.21, а). По сравнению с мостовой схемой здесь меньше тиристоров, что удешевляет источник, и проще система управления. В L–С колебательном контуре при работе инвертора возникает синусоидальный ток и резонанс напряжений (поэтому такой инвертор и называют резонансным инвертором). Моменты отпирания тиристоров и частота инвертирования задаются блоком управления, а параметры синусоидального тока определяются параметрами элементов колебательных контуров.

Рис. 4.21. Схема резонансного инвертора последовательного типа (а) и осциллограммы работы в режиме прерывистого (б) и непрерывного (в) тока

С момента t₁ включения тиристора Т₁ по первичной обмотке w₁ трансформатора Тр пойдет ток по цепи, изображенной на рис. 4.21, а тонкой линией 1. При этом конденсатор С_к , ранее заряженный полярностью ( ), помеченной позицией 1^*, сначала разряжается на трансформатор Тр по цепи, показанной линией 1^*, а затем перезаряжается на противоположную полярность ( ) (позиция 1). Одновременно к моменту t₂ конденсатор С_к , коммутирующий цепь тиристора Т₁, зарядится полярностью ( ), показанной позицией 1. При достижении равенства напряжений между обкладками конденсатора С_к и источника питания U_и.п. ток в цепи тиристора Т₁ станет равным нулю, и он выключится. В интервале t₁…t₂ через первичную обмотку трансформатора ток I_T2 протекает по кривой, близкой к синусоиде (рис. 4.21, б).

С момента t₂ выключения тиристора Т₁ конденсатор С_к2 разряжается на первичную обмотку трансформатора через ранее шунтированный диод Д₁ по цепи, изображенной на рис. 4.15, а тонкой линией 1^**. Этим обратный диод Д₁ предотвращает чрезмерное накопление энергии на конденсаторе С_к2. Вследствие разряда конденсатора С_к2 в интервале t₂…t₃ по первичной обмотке w₁ трансформатора Тр проходит обратная полуволна тока I_Д1 (рис. 4.21, б). На этом период работы плеча с тиристором Т₁ завершается.

С момента t₄ включения тиристора Т₂ по первичной обмотке w₁ трансформатора Тр пойдет ток по цепи, изображенной на рис. 4.15, а пунктирной линией 2. При этом в плече с тиристором Т₂ полумостового инвертора протекают такие же процессы, как и в плече с тиристором Т₁. В результате, в интервале t₄…t₆ через обмотку w₁ трансформатора Тр в течение периода t_Т2, протекает ток I_T2 , а в течение t_Д2 – обратный ему ток I_Д2 (рис. 4.21, б).

Очевидно, что в соответствии с формулой В. Томсона длительности t_T1 и t_Д1 полупериодов свободных колебаний токов I_Т1 и I_Д1 будут равны. Тогда длительности интервалов t_T1 включенного состояния тиристора Т₁ и t_Д1 включенного состояния обратного диода Д₁ равны полупериоду свободных колебаний для контура, состоящего из коммутирующего конденсатора С_к1 с емкостью С, трансформатора Тр и дросселя L₁ с индуктивностями L_тр и L соответственно. В результате период T₀ свободных колебаний рассматриваемого инвертора и собственная частота f₀ его колебательного контура С_к1 – Тр – L₁ соответственно равны:

. (4.5)

Поскольку емкости конденсаторов С_к1 и С_к2, а также индуктивности дросселей L₁ и L₂ равны, то и периоды T₀ и частоты f₀ свободных колебаний в обоих плечах инвертора будут одинаковы.

Частота переменного тока инвертора задается блоком управления, и она всегда меньше частоты его колебательного контура, а период включения тиристоров T_в = T/2, наоборот, больше периода свободных колебаний T₀. Это связано с обязательностью существования периода t_в, необходимого для восстановления запирающих свойств тиристоров. Поэтому длительность паузы t_п между периодами работы двух тиристоров всегда больше периода t_в восстановления их запирающих свойств.

В то же время вполне допустимо включение тиристора T₂ до момента t₃, т. е. в интервале работы обратного диода Д₁ при условии, что t_п > t_в (рис. 4.21, в). При наложении импульсов токов, протекающих через тиристор T₂ и диод Д₁, возникает режим непрерывного тока инвертора, вполне допустимый и к тому же облегчающий сглаживание сварочного тока.

Резонансный инвертор, в отличие от автономных инверторов напряжения или тока, устойчиво работает в режиме короткого замыкания. И даже в режиме холостого хода инверторного выпрямителя собственно инвертор все же может работать устойчиво, т.к. он нагружен небольшим намагничивающим током первичной обмотки трансформатора. Однако в этом случае в нем возникает опасность перенапряжений.