8.3. Инверторы тока

До промышленного изготовления управляемых силовых электронных ключей импульсная модуляция в инверторах тока практически не применялась. Использование полностью управляемых ключей (тран­зисторов, запираемых тиристоров и других электронных приборов) позволяет успешно осуществлять импульсную модуляцию в инверторах тока и напряжения [3]. Возможность использования практически идентичных методов модуляции в схе­мах инверторов тока и напряжения обусловлено дуальностью этих схем. След­ствием дуальности является идентичность процессов изменения выходного тока в инверторах тока и выходного напряжения в инверторах напряжения при импульс­ной модуляции.

Существенное различие в алгоритмах, реализующих импульсную модуляцию в схемах инвертора напряжения и инвертора тока, заключается в организации нулевых пауз для выходного напряжения или тока. Например, интервалы нуле­вого напряжения в однофазном мостовом инверторе напряжения (см. табл. 8.1) формируются переводом в проводящее состояние ключей S1 и S3 или S4 и S2 и выключением ключей S4, S2 или S1, S3 соответственно (см. рис. 8.3). При этом нагрузка шунтируется и отключается от источника напряжения U_d на стороне постоянного тока. Такая коммутация ключей не допустима в инверторе тока, (рис. 8.10), так как в его схеме на стороне постоянного тока включен реактор L_d с током i_d посту­пающим в нагрузку, и разрыв этой цепи приводит к недопустимым перенапряже­ниям, равным . На рис. 8.10, а представлена однофазная мостовая схема инвертора тока, выполненная на ключах однонаправленной проводимости (запи­раемых тиристорах) или дополненных последовательными диодами, защищаю­щими управляемый ключ, например транзистор, от воздействия обратных напря­жений. Эквивалентная схема для установившегося режима работы инвертора приведена на рис. 8.10, б, где источник напряжения U_d и реактор L_d представлены источником тока I_d, а вентильная часть — источником с противо-ЭДС U_пэ. Интер­вал времени, в котором ток имеет нулевое значение в цепи нагрузки а-b, может быть создан одновременным включением ключей S1, S4 или S3, S2.

а б

Рис. 8.10. Однофазная мостовая схема инвертора тока

При этом в них протекает ток I_d , а напряжение U_пэ становится равным нулю, т. е. источник тока I_d шунтируется проводящими ключами. Поскольку в цепях нагрузки могут содержаться индуктивности, то для поглощения их энергии в схеме необходимо включать конденсаторы. Таким образом, в токе нагрузки возможно создать по определенному алгоритму интервалы тока со значениями: 0, I_d и - I_d. Применяя различные методы синусоидальной модуляции тока, аналогичные для инверторов напряжения, можно обеспечить синусоидальность переменного тока в инверторах тока. Для снижения в спектральном составе тока высших гармоник, обусловлен­ных модуляцией, также используются «легкие» выходные LC - фильтры, но с под­ключением конденсаторов на стороне переменного тока инверторного моста. На рис. 8.11 показана форма выходного тока в однофазном инверторе тока при сину­соидальной ШИМ.

Рис. 8.11. Выходной ток однофазного инвертора тока при синусоидальной модуляции

Однофазные инверторы тока широкого практического применения не полу­чили. Однако трехфазные инверторы тока, схема которого приведена на рис. 8.12, успешно используются в электроприводе средней и большой мощности. Поэтому обеспечение синусоидальности напряжения на их выходе является актуальной задачей, которая может решаться методами синусоидальной ШИМ тока, принцип реализации которых рассмотрен на примере однофазной мостовой схемы.

Рис. 8.12. Упрощенная схема трехфазного инвертора тока

В табл. 8.3 приведены состояния ключей и токи фаз в схеме трехфазного инвертора тока, при синусоидальной модуляции выходных токов.

Таблица 8.3

Состояние ключей и напряжений фаз а и b схеме трехфазного инвертора тока (0 — выключенное состояние ключа, 1 — включенное)

Номер	Состояние ключей						Значения токов
состояния	S1	S3	S5	S4	S6	S2	ia	ib	ic
I	1	0	0	0	0	1	Id	0	-Id
II	0	1	0	0	0	1	0	Id	-Id
III	0	1	0	1	0	0	-Id	Id	0
IV	0	0	1	1	0	0	-Id	0	Id
V	0	0	1	0	1	0	0	-Id	Id
VI	1	0	0	0	1	0	Id	-Id	0
VII	1	0	0	1	0	0	0	0	0
VIII	0	1	0	0	1	0	0	0	0

В отличие от инвертора напряжения, в трехфазном инверторе тока могут иметь место три состояния (VII, VIII, IX), в которых токи фаз равны нулю. Это отличие вытекает из принципа формирования интервалов тока с нулевыми значениями каж­дым из трех плеч инверторного моста.

Другим существенным отличием инвертора тока от инвертора напряжения является то, что в инверторе тока значение выходного напряжения непосред­ственно зависит от нагрузки. Для ее регулирования можно использовать разные способы, включая изменение индекса модуляции М_а.

Следует отметить, что формирование интервалов с нулевыми значениями токов можно эффективно использовать для селективного подавления отдельных гармоник в спектре выходного тока (рис.8.13), подобно тому как это делается в инверторах напряжения.

Рис. 8.13. Диаграмма избирательного исключения из спектрального состава выходного напряжения однофазного инвертора тока 3-й и 5-й гармоник

На рис. 8.13 представлена диаграмма избирательного подавления 3-й и 5-й гармоник тока в однофазном инверторе тока.