13. Инверторы. Общие сведения, принцип работы, схемотехника. Автономный трехфазный инвертор. Способы управления. 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 трехфазный инвертор.
Одним из наиболее простых преобразователей этого типа является автономный инвертор напряжения (АИН). Питание инвертора осуществляется от источника постоянного напряжения. В цепи выпрямленного напряжения инвертора имеется конденсатор. Трехфазный мостовой инвертор содержит шесть транзисторов, каждый из которых зашунтирован обратным диодом. Транзисторы подключены к положительному и отрицательному полюсам конденсатора, а также к фазам нагрузки.
Нагрузка соединена в звезду и подключена прямо к выходным зажимам инвертора без трансформатора, однако, нагрузка может соединяться и в треугольник, а для согласования уровней напряжений инвертора и нагрузки могут использоваться три однофазных либо один трехфазный трансформатор, как и в обычных трехфазных системах переменного напряжения.
Принципиальная электрическая схема трехфазного автономного инвертора напряжения представлена ниже.
Электромагнитные процессы и характеристики инвертора определяются следующими факторами:
схемой соединения нагрузки (звезда/треугольник);
характером нагрузки;
способом управления.