18.2 Однофазный автономный инвертор напряжения
Однофазный автономный инвертор напряжения (АИН) обычно строится по симметричной мостовой схеме на полностью управляемых тиристорах VT1….VT4 или транзисторных ключах (рисунок 18.4).
Рисунок 18.4 - Схема однофазного АИН
Параллельно
тиристорам включены диоды VD1…VD4,
которые служат для возврата энергии,
накопленной в индуктивности нагрузки
,
обратно в источник постоянного напряжения
.
Источник
должен позволять прохождение обратного
тока; если это выпрямитель, то для
обеспечения возможности протекания
реактивного тока обязательно ставиться
конденсатор. Наличие конденсатора
является схемным признаком АИН.
Рассмотрим работу схемы по временной диаграмме (рисунок 18.5).
Рисунок 18.5 - Временная диаграмма работы АИН
Тиристоры VT1
и VT3
открываются в точке 0 при подаче тока
в цепь их управляющих электродов. К
нагрузке подключается источник
.
На интервале 1-2 ток
протекает через открытые тиристоры.
Путь тока на рисунке 18.4. показан сплошной
линией. В точке 2 тиристоры VT1
и VT3
запираются, и открывается вторая пара
тиристоров VT2
и VT4.
Но ток через индуктивную нагрузку не
может мгновенно изменить направление.
За счет энергии, запасенной в индуктивности,
на интервале 2-3 ток протекает через
диоды VD2
и VD4,
путь тока показан пунктирной линией.
Как видно, ток втекает в положительный
полюс источника
,
следовательно, энергия от нагрузки
передается обратно в источник
.
В точке 3 ток
меняет направление, он протекает через
тиристоры VT2
и VT4.
Далее процессы повторяются. Ток
в цепи источника
становится знакопеременным, что говорит
о наличии энергообмена между источником
и нагрузкой.
Выражение для определения тока в цепи нагрузки можно получить, решая дифференциальное уравнение
;
(18.8)
,
(18.9)
,
,
(18.10)
где
.
Постоянную А найдем из начальных условий
,
,
(18.11)
.
(18.12)
Максимальное
значение тока нагрузки при
.
(18.13)
Напряжение на
выходе имеет прямоугольную форму и
практически не зависит от тока,
регулировать его амплитуду можно только
за счет изменения эдс источника
постоянного напряжения
.
Гармонический состав выходного напряжения
определяется из разложения в ряд Фурье
…).
(18.14)
18.3 Автономный инвертор напряжения с широтно-импульсным регулированием выходного напряжения
Регулирование
действующего значения выходного
напряжения производят за счет
широтно-импульсной модуляции (ШИМ). В
течение некоторого интервала
одновременно открыты пара анодных
тиристоров VT1,VT2
или пара катодных VT3,
VT4.
Нагрузка закорачивается и в выходном
напряжении появляется пауза, длительность
которой можно изменять. Диаграмма работы
показана на рисунке 18.6.
Рисунок 18.6 - Временная диаграмма работы АИН с ШИМ
Как видно из
временной диаграммы на нагрузке
формируется переменное напряжение,
амплитуда первой гармонической
составляющей которого зависит от угла
.
(18.15)
АИН с широтно-импульсным модулированием используется в генерировании синусоидальных напряжений. АИН управляется от специального ШИМ контроллера и формирует импульсную последовательность с постоянным периодом, а длительность импульса такова, что среднее значение импульса равно среднему значению синусоидального напряжения за период следования импульсов (рисунок 18.7).
Рисунок 18.7 - Пример формы импульсной последовательности
выходного напряжения АИН при ШИМ
Трехфазную систему
можно построить из трех однофазных
инверторов, у которых сигналы управления
сдвинуты на угол
.