Материал: s_electro

Автономный инвертор может работать при условии отсутствия на его выходе каких-либо источников переменного напряжения. При этом частота выходного напряжения автономного инвертора определяется частотой импульсов управления вентилями инвертора, а форма и величина выходного напряжения – характером и величиной нагрузки и в определенной мере – схемой автономного инвертора.

Различают три типа автономных инверторов:

1)инверторы тока;

2)резонансные инверторы;

3)инверторы напряжения.

2.1. ИНВЕРТОРЫ ТОКА

Инвертор тока – исторически первый тип автономного инвертора – характеризуется двумя отличительными энергетическими признаками. Вопервых, входная цепь инвертора тока есть цепь со свойствами источника постоянного тока, а функция вентилей инвертора сводится к периодическому переключению направления этого тока в выходной цепи инвертора. Значит, на выходе вентильного коммутатора будет переменный ток (или, образно говоря, периодически переключаемый по направлению постоянный ток), т.е. цепь со свойствами источника переменного тока. Во-вторых, нагрузкой инвертора тока должна быть цепь со свойствами, близкими к источнику напряжения, т.е. с близким к нулевому внутренним динамическим сопротивлением, допускающим протекание через него скачкообразно меняющегося тока. Практически это обеспечивается включением на выход вентильного коммутатора конденсатора, что позволит уже подключить после него любую реальную нагрузку с индуктивностью, не допускающей скачков тока. Условная схема инвертора тока с механическим коммутатором показана на рис. 2.1.1,а, а диаграммы напряжений и токов на входе и выходе коммутатора – на рис. 2.1.1,б.

а

б

Рис. 2.1.1

52

Переменный прямоугольный ток I2 на выходе коммутатора порождает переменное линейно изменяющееся напряжение на конденсаторе С. Коммутатор при этом выполняет функцию преобразования постоянного тока в переменный, т.е. в соответствии с (1.4.3) части 1

i2 = ψкi1,

(2.1.1а)

где ψк – коммутационная функция коммутатора (вентильного комплекта), имеющая здесь вид прямоугольного колебания единичной амплитуды. Кроме того, в соответствии со вторым уравнением (1.4.3) части 1

u1 = ψкu2 ,

(2.1.1б)

т.е. коммутатор еще выполняет и обратную функцию, т.е. преобразование переменного напряжения U2 на конденсаторе С в постоянное (выпрямленное) напряжение U1 в звене постоянного тока источника тока I. При этом в связи с отсутствием в примере потребления активной мощности с выхода инвертора среднее значение входного напряжения инвертора U1 равно нулю.

2.1.1. ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ ИНВЕРТОР ТОКА

Принципиальная схема однофазного инвертора тока показана на рис. 2.1.2. Здесь функцию коммутатора выполняет однофазная мостовая схема на тиристорах. Режим источника тока на входе инвертора, получающего питание от источника напряжения Uвх, создан включением в цепь постоянного

тока дросселя Ld с индуктивностью, достаточной для подавления возможных пульсаций входного тока. Нагрузка инвертора состоит из сопротивления R.

Рис. 2.1.2

Диаграммы токов и напряжений элементов инвертора показаны на рис. 2.1.3. Конденсатор С, помимо отмеченной функции энергетического буфера (по току) между выходом инвертора с разрывным током и нагрузкой, не

53

допускающей в общем случае скачков тока в ней, имеет еще одну функцию. Он обеспечивает искусственную коммутацию тиристоров инвертора, т.е. выключение тиристоров под действием напряжения заряженного конденсатора, прикладываемого к тиристорам в обратном направлении. Так, при проводящих тиристорах Т1 и Т4 диагонали моста конденсатор С заряжается от источ-

а за время действия tсх на тиристоре обратного напряжения он должен успеть восстановить свои управляющие свойства.

Для получения внешних и регулировочных характеристик инвертора тока построим модель преобразователя в рамках метода АДУ(1). В предположении, что элементы схемы идеальны, приведем схему замещения инвертора тока, как показано на рис. 2.1.4.

Рис. 2.1.4

Источник входного постоянного напряжения Uвх с последовательно включенным реактором Ld и тиристорный мостовой коммутатор представим

источником переменного прямоугольного тока iи. Для упрощения анализа нагрузку инвертора полагаем чисто активной, но по рассматриваемому методу АДУ(1) можно сделать расчет для любой схемы замещения нагрузки.

Дифференциальное уравнение для первых гармоник переменных имеет

вид

После его алгебраизации (см. параграф 1.5.2.3.3 части 1) получим для действующего значения первой гармоники выходного напряжения

54

Выразим действующее значение первой гармоники выходного тока вентильного моста инвертора Iи(1) через параметры схемы исходя из уравнения баланса активных мощностей на входе и выходе инвертора при идеальных параметрах элементов схемы

где R* = ωCR – относительное значение сопротивления нагрузки по сравнению с сопротивлением емкости С.

Так как ток нагрузки в сопротивлении R обратно пропорционален величине этого сопротивления, то на рис. 2.1.5a построена зависимость

инвертора тока.

РИС. 2.1.5А

Заметим, что если в уравнении (2.1.4) заменить R*

R* = Uвых* ,

Iвых*

(2.1.6а)

55

внешнюю характеристику по определению.

Уравнение (2.1.4) определяет и зависимость выходного напряжения инвертора тока от частоты импульсов управления вентилями ω, которая может быть названа регулировочной характеристикой, т.е. здесь имеет место частотный способ регулирования величины переменного напряжения, что не всегда приемлемо.

В инверторе тока показательна еще его входная характеристика, определяемая здесь как зависимость относительного среднего значения входного то-

где за базовый ток по-прежнему принят ток, равный отношению базового напряжения к базовому сопротивлению:

График этой зависимости построен на рис. 2.1.5б.

Рис. 2.1.5б

56