Автономные однофазные инверторы

Идею автономного инвертора напряжения (АИН) проиллюстрируем на простейшей однофазной схеме с четырьмя идеальными ключами 1, 2, 3, 4 и активной нагрузкой R – рис. 7.2, а.

При попарной коммутации ключей 1,2 – 3,4 – 1,2 и т. д. через время Т/ 2 (рис. 7.2, б) к резистору будет прикладываться переменное напряжение u_ab прямоугольной формы с частотой . Ток при активной нагрузке будет повторять форму напряжения. Изменяя коммутационный промежуток Т/ 2, можно менять частоту в любых пределах.

а	б

Рис. 7.2. Однофазный инвертор, нагруженный активным сопротивлением (а),

и диаграмма его работы (б)

При активно-индуктивной нагрузке размыкание ключа недопустимо без дополнительных мер, поскольку энергия, запасенная в индуктивности, при разрыве цепи вызовет большие пики перенапряжений и сделает устройство полностью неработоспособным.

Следовательно, при размыкании ключей должны оставаться контуры, по которым продолжал бы протекать ток в прежнем направлении и запасалась бы энергия, переданная из разряжающейся индуктивности.

Конфигурация схемы, при которой выполняются указанные условия, показана на рис.7.3, а. Пунктирно изображённые диоды стоящие последовательно с ключами 1-4 отражают их одностороннюю проводимость. Диоды D 1 – D 4 образуют вместе с конденсатором С контуры для обмена энергией. Коммутация ключей не отличается от показанной на рис. 7.2, однако ток на каждом полупериоде меняет направление, протекая по контурам, показанным на рис. 7.3, б. Нетрудно видеть, что формы напряжения и тока отличаются, и ток в силу идуктивного характера нагрузки отстает от напряжения.

Автономный резонансный инвертор (АИР) применяют для преобразования постоянного напряжения в переменное напряжение повышенной частоты (10^3-5 Гц). АИР используют в электротермических установках для плавки и нагрева металлических и других изделий. Процес­сы, происходящие в АИР, харак­теризуются колебательными про­цессами в резонансном контуре. Такой контур получается при па­раллельном или последовательном подключении конденсатора к активно-индуктивной нагрузке. На практике чаще применяют после­довательное или последовательно-параллельное включение конден­саторов.

Рис. 7.3. а. Однофазный инвертор с R – L нагрузкой

Рис. 7.3. б. Диаграмма работы однофазного инвертора

АИР выполняют по однофазной мостовой схеме с использованием транзисторов, радиоламп и тиристоров (рис. 7.4.). Тири­сторы включены по мостовой схеме. Управляющие импульсы от­крывают поочередно пары тиристоров V 1, V 4и V 2, V 3. Форма кривой нагрузочного тока i_a определяется колебательным процес­сом в контуре. При этом чем выше добротность LC -контура, тем ближе к си­нусоидальной будет форма нагрузочного тока. С приходом первого управляющего импульса, когда открыта пара тиристоров V 1и V 4, ток от плюсового зажима источника питания Е через нагрузку и конденсатор С направлен к минусо­вому зажиму источника, заряжая при этом конденсатор С (знаки заряда на обкладках конденсатора указаны без скобок). При по­явлении второго управляющего импульса, который открывает тиристоры V 2, V3, конденсатор С разряжается через нагрузку и открытые тиристоры V 2и V 3. В это же время напряжение на конденсаторе С через открытые тиристоры V 2, V 3подключается к тиристорам V 1, V 4обеспечивая их запирание. После запи­рания тиристоров V 2и V 4начинается перезарядка конденса­тора, по окончании которой знаки заряда на обкладках конден­сатора указаны в скобках; далее процессы повторяются.

Рис. 7.4. Схема резонансного инвертора с последовательным включением конденсатора

В рассматриваемом инверторе частота управляющих сигналов U _у должна быть меньше собственной частоты последовательного контура ω₀. Это необходимо для того, чтобы перезарядка конден­сатора заканчивалась до отпирания очередной пары тиристоров в инверторе. При этом в нагрузочном токе создаются паузы, в течение которых очередная пара тиристоров должна успеть за­крыться.