12. Инверторы. Общие сведения, принцип работы, схемотехника. Автономный однофазный инвертор. Полумостовая и мостовая топологии. Инверторы. Общие сведения, принцип работы, схемотехника.

Применение полностью управляемых ключей (транзисторов, запираемых тиристоров и др.) позволяет не только изменять параметры преобразователей, но и создавать новые типы электрических устройств. К последним относятся автономные инверторы, или инверторы с самокоммутацией, — преобразователи постоянного тока в переменный, в которых используются полностью управляемые ключи.

Как уже отмечалось, применение полностью управляемых ключей позволяет не только упростить схемы автономных инверторов, но и значительно повысить качество преобразуемых параметров в преобразователях. Такая возможность реализуется посредством широтно-импульсной модуляции процессов изменения напряжений и токов инвертора. В преобразователях переменного тока применяется ШИМ по синусоидальным или другим требуемым законам изменения основных параметров. В результате обеспечивается синусоидальность (снижение уровня высших гармоник по сравнению с основной гармоникой) напряжения или тока. Кроме того, формирование напряжения требуемого спектрального состава позволяет создавать новые виды силовых электронных устройств — активные и гибридные фильтры. Одновременно со снижением высших гармоник тока (напряжения) ШИМ повышает коэффициент мощности в выпрямителях, инверторах, ведомых сетью, преобразователях частоты и других типах преобразователей.

Классификация инверторов:

1) По способу запирания:

· Ведомые сетью, в таких инверторах запирание силовых ключей происходит в момент подачи на анод отрицательной полуволны входного напряжения.

· Автономные инверторы (АИ), в таких инверторах силовые ключи запираются либо с помощью вспомогательных коммутирующих конденсаторов, либо с помощью управляющих запирающих импульсов от БУИ.

2) По форме выходного напряжения и тока:

· Автономные инверторы напряжения (АИН), в которых форма выходного напряжения не зависит от характера нагрузки, а определяется только последовательностью коммутации силовых ключей, а форма выходного тока зависит от характера нагрузки.

· Автономные инверторы тока (АИТ), в которых форма выходного тока не зависит от характера нагрузки, а форма выходного напряжения зависит от характера нагрузки.

3) По элементной базе:

· Инверторы на базе тиристоров, область применения таких элементов определяется напряжением питающей сети. Как правило, тиристорные инверторы используют в сетях напряжением 6-10 кВ.

· Транзисторные автономные инверторы, в качестве силовых ключей у них используются биполярные транзисторы. Наиболее современным транзистором является IGBT, область применения которого ограничивается до 6 кВ.

4) По управляемости:

· Автономные инверторы с поочередной коммутацией.

· Автономные инверторы с индивидуальной коммутацией.

5) По виду выпрямителя:

· С управляемым выпрямителем.

· С неуправляемым выпрямителем.

Автономный однофазный инвертор.

Автономные инверторы — это устройства, преобразующие постоянный ток в переменный с постоянной или регулируемой частотой и работающие на автономную нагрузку.

Основные области применения автономных инверторов:

- питание потребителей переменного тока в устройствах, где единственным источником энергии является аккумуляторная батарея (например, бортовые источники питания), а также питание ответственных потребителей при аварии в сети переменного тока (например, электросвязь);

- электротранспорт, питающийся от контактной сети постоянного или переменного напряжения, где для регулируемого электро­привода желательно иметь простые, дешевые и надежные короткозамкнутые асинхронные двигатели;

- электропривод, где требуется переменная скорость вращения; в этом случае инвертор является источником с регулируемой частотой и напряжением.

В отличие от инверторов, ведомых сетью, у автономного инвертора на стороне переменного тока нет другого источника энергии той же частоты, кроме самого инвертора.

• трансформаторы постоянного тока, преобразующие постоянный ток одного уровня в постоянный ток другого уровня;

• источники прямого преобразования энергии, в которых вырабатывается постоянный ток относительно низкого напряжения (термо- и фотоэлектрические генераторы, топливные элементы, МГД-генераторы), для использования этой энергии требуется преобразовать постоянный ток в переменный ток определенной частоты;

• передача энергии постоянным током - для преобразования переданного на дальнее расстояние постоянного тока в переменный.

Требования, предъявляемые к автономным инверторам:

• обеспечение максимального КПД;

• минимальная установленная мощность отдельных узлов и элементов;

• возможность широкого регулирования выходного напряжения;

• обеспечение стабильности выходного напряжения при измене­нии величины и характера нагрузки;

• обеспечение синусоидальной или близкой к синусоидальной форме кривой выходного напряжения;

• отсутствие срывов инвертирования при перегрузках;

• возможность работы в режиме холостого хода;

• обеспечение максимальной надежности и устойчивости.

Под установленной мощностью какого-либо элемента понимается основной его параметр, определяющий габариты, вес и стоимость элемента. Установленная мощность элементов является одним из основных факторов, определяющих целесообразность применения той или иной схемы автономного инвертора. Наиболее рациональной считается та схема, у которой суммарная установленная мощность имеет наименьшее значение. При этом сравниваются суммарные приведенные установленные мощности инверторов. Под приведенными установленными мощностями элементов понимают действительные мощности, умноженные на коэффициент приведения к основному элементу по выбранному критерию оценки.