4.2.4 Однофазний мостовий інвертор

Розглянемо конкретну схему, де у якості ключів використано транзистори. Схема (рис.4.35) поряд з мостом на транзисторахVТ1-VТ4 містить також зворотній міст на діодах VD1 - VD4, на який здійснюється перемикання струму навантаження на інтервалах, коли напруга і струм навантаження мають протилежний напрямок (при активно-індуктивному навантаженні струм запізнюється від напруги на кут φ).

Розглянемо спочатку роботу схеми при формуванні напруги прямокутної форми, коли модуляція відсутня. При цьому імпульси керування на пари транзисторів VТ1, VТ4 і VТ2, VТ3 подаються у протифазі, їх тривалість складає половину періоду вихідної частоти. З відкриванням транзисторів VТ1 і VТ4 полярність напруги на навантаженні позитивна, струм і_Н=і_VТ повільно зростає, що обумовлено індуктивністю навантаження (рис.4.36). При цьому енергія передається у навантаження (активна потужність), а також накопичується у магнітному полі навантаження (реактивна потужність). У момент t₂ імпульси керування з транзисторів VТ1, VТ4 знімаються іпотім з деякою затримкою, достатньою для запиранняVТ1, VТ4 (щоб виключити короткі перемикання джерела при одночасному вмиканні VТ1, VТ2 і VТ3, VТ4), подаються на VТ2, VТ3. Із закриванням транзисторів VТ1 і VТ4 струм навантаження продовжує протікати у тому ж напрямку за рахунок дії ЕРС самоіндукції е_L у навантаженні (енергії, що була накопичена у магнітному полі). При цьому відкриваються зворотні діоди VD2 і VD3 (транзистори VТ2, VТ3 закриті до моменту t₃) і струм і_d, що споживається від джерела, змінює напрямок на протилежний. Полярність u_Н змінюється на негативну. Струм і_Н=і_VD повільно зменшується до нуля.

Після переходу струму навантаження через нуль відкривається наступна пара транзисторів VТ2 і VТ3, напрямок струму навантаження і_Н змінюється на зворотній. При цьому струм і_d на вході АІН змінний і пульсує. На інтервалах, де транзистори відкриті (активна потужність споживається від джерела), струм позитивний. Із відкриванням зворотних діодів напрямок струму і_d змінюється на протилежний тому, що накопичена у навантаженні енергія повертається до джерела. Як правило, джерело виконано на діодах або тиристорах і має однобічну провідність, тому енергія йде на заряджання конденсатора. Середнє значення струму, що споживається АІН від джерела І_d, позитивне і при цьому потужність, що споживається, P_d=U_dI_d >0.

Оскільки форма напруги повністю співпадає з напругою у напівмостовій схемі, то можна зробити такі ж самі висновки щодо гармонійного складу, відрізняються лише амплітуди. Амплітуда і діюче значення основної гармоніки вихідної напруги, що визначається розкладанням у ряд Фур’є дорівнює:

, U_Н(1)=0.9U.

4.2.4.1 Формування вихідної напруги інвертору з

використанням біполярної ШІМ

Робота кожного з плеч схеми (рис.4.37) здійснюється так само як і у напівмостовій схемі. Відповідно напруга на виході відносно середнього виводу джерела u_A0 першого плеча повторює закон, що поданий на рис.4.27. Це стосується і другого плеча, проте оскільки пари ключів К1, К4 і К2, К3 перемикаються одночасно, напруга u_В0 по відношенню до u_A0 змінюється у протифазі u_В0=-u_A0. Таким чином, напруга на навантаженні

u_AВ=u_A0 - u_В0=2u_А0.

Відповідно основна гармоніка має амплітуду, що дорівнює

U_m(1)=μU (μ≤1).

Використання биполярної ШІМ не забезпечує прийнятного гармонійного складу вихідної напруги. Як показано вище у п.4.2.2.2 при μ=1 коефіцієнт гармонік THD=100%.