4.1.2 Однофазний мостовий автономний інвертор струму з

відсікаючими діодами

Оскільки зараз в основному використовуються інвертори напруги, зупинимося на розгляді “класичних схем” з відсікаючими діодами, що дозволяють забезпечити роботу АІС у широкому діапазоні частот.

Схема однофазного мостового АІС з відсікаючими діодами подана рис.4.6. В ній комутуюча ємність розділена на двіС1 і С2, що підключені до навантаження через відсікаючі діоди VD1 – VD4, що відділяють ємності від навантаження при цьому вихідний струм інвертора одночасно є і струмом навантаження.

Діаграми, що ілюструють роботу схеми при активно-індуктивному навантаженні подані на рис.4.7. Розглянемо процеси у схемі, що мають місце при перемиканні струму з пари тиристорів VS1, VS4, що формує позитивну напівхвилю вихідного струму на пару VS2, VS3, що формують негативну на півхвилю струму.

На час t₁ струм навантаження і_Н=І_d протікає через тиристори VS1, VS4 і діоди VD1, VD4, конденсатори заряджені з полярністю, що визначена на рис.4.6. Напруга на конденсаторах и_С при цьому перевищує напругу на навантаженні и_Н, що забезпечує підтримання діодів VD2, VD3 у вимкненому стані (напруга на них є зворотною). Напруга на навантаженні, оскільки струм має постійне значення теж незмінна і визначається лише активним опором и_Н=І_dR_H.

П

i_H

ри подаванні імпульсів керування (и_ІМП23) на тиристори VS2, VS3 (t₂) вони вмикаються і утворюють два контури для розряджання конденсаторів VS1, VS3, С1 та VS2, VS4, С2. Напруга, що прикладається до тиристорів VS1, VS4 з боку конденсаторів є зворотною, при відсутності в контурі комутації індуктивності це призводить до миттєвого їх запирання. Струм навантаження, що дорівнює І_d перемикається на тиристори VS2, VS3 і протікає за колом VS3, С1, VD1, Z_H, VD4, С2, VS2, що призводить до розряджання конденсаторів – напруга и_С поступово зменшується.

У момент часу t₃, коли напруга и_С порівняється з напругою на навантаженні и_Н вмикаються діоди VD3 і VD2. При цьому струм джерела i_d розподіляється на три паралельних гілки: С1, Z_H, С2. По мірі перезаряджання конденсаторів струм крізь них поступово зменшується. Струм через діоди VD3, VD2 навпаки зростає. Оскільки струм i_С1=i_Н+i_VD2 і i_С2=i_Н+i_VD3 струм навантаження поступово зменшується до нуля коли i_С1=i_VD2, i_С2=i_VD3, у подальшому із зростанням струму через діоди VD3, VD2 струм у навантаженні змінює напрямок і поступово зростає до значення -І_d. Напруга на конденсаторах і навантаженні також змінюється за полярністю. При наявності в колі індуктивності навантаження і ємності процес перезаряджання має коливальний характер – по досягненні амплітуди коливання напруги на конденсаторі струм через нього переходить через 0. Внаслідок цього діоди VD1, VD4 вимикаються – конденсатори С1, С2 відключаються від джерела і напруга на них залишається незмінною. При цьому напруга на навантаженні стрибком зменшується до рівня и_Н= -І_dR_H.

До діодів VD1, VD4 прикладена зворотна напруга з боку конденсаторів. Струм навантаження в подальшому прямує за колом VS3, VD3, VS2, VD2. Якщо напруга на конденсаторах зменшується до значення напруги на навантаженні діоди VD1, VD4 знову вмикаються забезпечуючи дозаряд конденсаторів.

Таким чином, ємності підключаються паралельно навантаженню лише на інтервалі комутації струму навантаження і називаються комутуючими. Їх ємність не залежить від реактивної потужності навантаження, що дозволяє схемі працювати на любе навантаження при любій частоті комутації.

Проте схема має суттєвий недолік – амплітуда коливань вихідної напруги (рис.4.7) перевищує напругу при сталому значенні струму навантаження І_d. Обмеження амплітуди коливань досягається збільшенням ємності конденсаторів відповідно індуктивності навантаження.

Розрахунок ємності здійснюється виходячи з умов [3]: забезпечення стійкої комутації тиристорів (інтервал часу, коли напруга на конденсаторах зменшується до нуля і до тиристорів, що вимикаються, прикладена зворотна напруга повинен перевищувати час відновлення запиральних властивостей тиристорів) і обмеження амплітуди коливань.