7.2.2. Однофазные полумостовые инверторы напряжения

Простейшей однофазной полумостовой схемой инвертора напряжения с активно-индуктивной нагрузкой является схема, приведенная на рис. 7.5. Рас­смотрим работу схемы при допущениях идеальности ее элементов, а также источ­ников входного напряжения с ЭДС U_d / 2.

Предположим, что инвертор работает в установившемся режиме и на интервале ϑ₀ - ϑπ ток i_H проводит транзистор VT1 (рис. 7.5, а). В момент времени ϑ = π на транзистор VT1 поступает запирающий импульс, а на транзистор VT2 — отпираю­щий. Транзистор VT3 проводит ток при условии, что к нему будет

приложено пря­мое напряжение. В индуктивности возникает противо ЭДС, под воздействием которой включается диод VD2, в котором протекает ток индуктивности.

а

б

Рис. 7.5. Однофазный мостовой инвертор напряжения: а — схема; б — диаграммы

Одновре­менно из-за смены полярности напряжения на нагрузке скачком изменяется направление тока в резисторе R_H. Результирующий ток нагрузки i_н = i_L + i_Rн нося­щий индуктивный характер, протекает в прежнем направлении через диод VD2 в источник U_d / 2, отрицательный вывод которого соединен с анодом диода VD2. Так как этот ток протекает навстречу ЭДС источника, то на интервале π = ϑ₁ идет процесс возврата энергии, накопленной в реакторе Z _H, в источник напряжения. В момент времени ϑ = ϑ₁ ток i становится равным нулю, диод VD2 выключается и включается транзистор VT2, на который подан включающий сигнал, и появля­ется прямое напряжение, т. е. обеспечиваются условия перехода транзистора в проводящее состояние. Далее процессы периодически повторяются под воздей­ствием импульсов управления системы управления. В этой системе частота сле­дования импульсов управления f = 1 / Т определяется задающим генератором ЗГ, затем через распределительное устройство РУ поступает на формирователи импульсов управления ФИ1 и ФИ2 транзисторов VT1 и VT2.

На выходе инвертора формируется периодическое напряжение прямоугольной формы с частотой f. При этом на стороне постоянного тока протекает ток i_d, диа­граммы которого приведены на рис. 7.5, б. Знак «плюс» соответствует поступлению тока в нагрузку, а знак «минус» — возврату части этого тока в источник, т.е. обмену реактивной мощностью, накапливаемой в реакторе Z_H, и возврату ее в источник. С учетом изложенного можно определить следующие основные параметры инвертора.

Выходное напряжение при разложении в гармонический ряд имеет вид

(7.1)

где ϑ=𝜔t, 𝜔=2πf — угловая частота переменного напряжения.

Мгновенное значение тока нагрузки с учетом (7.1) можно определить по фор­муле

(7.2)

Баланс входной Р_вх и выходной Р_вых активной мощности имеет вид

^•(7.3)

Средние и действующие значения тока в VD1, VD2 и VT1, VT2 можно получить, предварительно проинтегрировав выходной ток i_R на интерва­лах (0—π) и (π—2π) с учетом скачков тока в моменты коммутации ϑ = ϑ ₀ и ϑ = ϑ ₂.

Рассмотренные выше принципы построения и работы однофазных автономных инверторов напряжения легко распространяются на m-фазные (обычно – трехфазные) схемы.