3.10 Назначение и принцип действия однофазного ведомого сетью инвертора.
Инвертор служит для передачи энергии из сети постоянного в сеть переменного тока. Работа инвертора основывается на том, что ток в ветвях независимо от типа используемой схемы периодически прерывается с помощью вентилей. Выключение вентилей - основная проблема в инверторе - может осуществляться двумя различными способами: или с помощью специального "коммутирующего" конденсатора (автономный инвертор), или за счет переменного напряжения сети, в которую передается энергия и наличие которой в этом случае обязательно. Такие инверторы называются ведомыми сетью или зависимыми.
Точно также, как при зарядке аккумулятора, когда ток питающего зарядного устройства протекает навстречу ЭДС аккумулятора (который накапливая энергию, является ее потребителем), при работе ведомого сетью инвертора энергия потребляется от сети постоянного тока и передается в сеть переменного тока, в которой ток вынужден протекать в направлении, противоположном полярности мгновенного переменного напряжения. Это поясняет (рис 3.35, а и б). Напряжение U1 и U2, действующие в противофазе на вентильной стороне трансформатора, обусловлены напряжением сети переменного тока Uc. Ключи S1 и S2 замкнуты тогда, когда полярность соответствующего напряжения U1 и U2 отрицательна, так что токи iv1 и iv2 протекают навстречу по отношению к этим напряжениям. Постоянный ток id = Id = iv1 + iv2 в цепи источника питания Ed сглажен благодаря наличию реактора Ld и протекает поэтому даже в те интервалы времени, когда мгновенные значения переменных напряжений U1 и U2 больше, чем постоянное напряжение Ed. В схеме на рис. 3.35, а среднее значение внутренней противо-ЭДС инвертора.
(3.70)
где U2 - действующее значение напряжения на вентильной стороне трансформатора.
Среднее значение постоянного тока
Id = (Ed - Edи) / R. (3.71)
Так как оба ключа должны работать синхронно с изменением переменного напряжения, а их контакты при больших напряжениях и токах весьма недолговечны, использование механических ключей в инверторе нецелесообразно. При небольшой мощности можно ключи заменить транзисторами, включение и выключение которых осуществляется с помощью тока базы.
a
) б)
в) г)
Рис. 3.35. Однофазный ведомый сетью инвертор:
а и б - с ключами S1 и S2; в и г - с тиристорами V1 и V2; Ed - питающее постоянное напряжение; Uc - переменное напряжение приемной сети; ed н - внутренняя противо-ЭДС инвертора; (бетта) - угол опережения отпирания
При большой мощности целесообразно в качестве ключей использовать тиристоры (рис.3.35, в), однако при этом необходимо обеспечить их периодическое выключение за счет подачи отрицательных импульсов анодного напряжения. Способ получения таких импульсов в ведомом сетью инверторе показан на рис. 3.35,г, причем предполагается, что сглаживающий реактор достаточно велик, в связи с чем ток id = iv1 + iv2 идеально сглажен.
До момента времени
1
ток iv1 под действием
постоянного напряжения Ed
(рис.3.35,в) протекает через тиристор
V1 навстречу наведенному на
вентильной обмотке u1;
таким образом, энергия передается в
сеть переменного тока. При этом тиристор
V2 заперт. В момент
1
включается тиристор V2 и постоянный
ток id переходит на него,
так как на аноде тиристора V2 действует
более высокий потенциал, чем на аноде
тиристора V1. Поэтому V1- выключается.
Точно так же ток в момент
2
коммутируется обратно с V2 на
тиристор V1.
Граничное значение u, при котором для идеализированного преобразователя ток еще может коммутироваться с тиристора V1 на V2, соответствует , так как после этого момента времени потенциал анода тиристора V2 станет ниже, чем потенциал анода V1, и тиристор V2 уже не сможет включиться. Но фактически необходимо включать тиристор с некоторым опережением на угол , так как ранее проводившему ток тиристору V1 необходимо предоставить время для восстановления запирающих свойств; кроме того, из-за наличия индуктивностей рассеяния трансформатора коммутация тока замедляется. Поэтому на практике угол опережения должен составлять не менее 200, чтобы обеспечить надежную коммутацию тока. При этом среднее значение ЕdИ внутренней противо-ЭДС инвертора равно:
(3.72)
Среднее значение постоянного тока по-прежнему определяется (3.71).
Как видно из сравнения рис. 3.35, в и рис. 3.35, а однофазный ведомый сетью инвертор имеет такую же принципиальную схему, что и двухполупериодный выпрямитель. Оба этих устройства различаются лишь режимом работы: если выпрямитель работает с отстающим углом управления , то инвертор имеет опережающий угол управления . Точно так же любая другая схема выпрямления, выполненная на тиристорах и не содержащая нулевого диода, может работать в режиме ведомого сетью инвертора. Важное значение инверторный режим имеет для реверсивных преобразователей, используемых, например, для регулирования частоты вращения двигателей постоянного тока, так как переход преобразователя в инверторный режим обеспечивает быстрое торможение двигателя.