Инвертор. Принцип работы, разновидность, область применения (стр. 1 из 2)

Инвертор. Принцип работы, разновидность, область применения

Последовательный инвертор

Электрическая схема, рабочие фазы и формы выходных сигналов последовательного инвертора изображены на рис. 1. Такая схема называется последовательным инвертором, поскольку в ней нагрузочное сопротивление включено последовательно с емкостью. R - нагрузочное сопротивление, Lи С - коммутационные элементы. Такой тип инвертора содержит два тиристора. Рассмотрим подробнее фазы работы такой схемы.

Фаза I. Тиристор Т₁включается в момент времени t_o. Начинается заряд конденсатора от источника питания. Последовательная цепь R, Lи С формирует синусоидальный ток через нагрузочное сопротивление и выполняет функцию демпфирующей цепи. Когда ток в цепи уменьшается до нуля, тиристор Т₁ запирается. Напряжение на нагрузочном сопротивлении находится в фазе с током тиристора. Формы напряжений V_Lи V_cможно получить с помощью теоремы Кирхгофа: (V_L+ V_c = E), величины V_Lи V_cдолжны удовлетворять условиям этого уравнения.

Фаза II. Тиристор Т₂не должен включаться сразу после того, как ток через тиристор Г, уменьшится до нуля. Для лучшего запирания тиристора Т₁, к нему необходимо приложить небольшое обратное напряжение. Если тиристор Т₂включается без запаздывания, или мертвая зона отсутствует, напряжение источника питания замыкается через открытые тиристоры Т₁ и Т_г._.Если оба тиристора находятся в закрытом состоянии, то V_R = 0, V_L= 0, следовательно, Ldi/dt= 0 и конденсатор С остается незаряженным.

Фаза III. В момент времени t₂тиристор Т₂включается и инициирует отрицательный полупериод. Конденсатор разряжается через L, RиТ₂. Следует заметить, что электрический ток через нагрузочное сопротивление Rпротекает в противоположном направлении. В момент времени, когда этот ток уменьшается до нуля, тиристор Т₂выключается. Формы напряжений V_Lи V_cможно получить с помощью теоремы Кирхгофа: (V_L + V_c= 0), величины V_Lи V_cдолжны удовлетворять условиям этого уравнения.

Рис.1 - Последовательный инвертор:

а)Электрическая схема;

б)Фазы работы схемы;

в)Формы напряжений и токов в цепях последовательного
инвертора

Если тиристор Т₁запустить с задержкой на величину мертвого времени, вышеупомянутые процессы повторятся.

Преимущества:

1. Простая конструкция.

2. Выходное напряжение близко к синусоидальному.

Недостатки:

1. Индуктивность Lи конденсатор С имеют большие габариты.

2. Источник питания используется только в течение положительного полупериода.

3. В выходном напряжении имеются высшие гармоники из-за наличия мертвой зоны.

Последовательный инвертор лучше всего подходит для высокочастотных устройств, так как для требуемых значений 1 и С уменьшаются их габариты. Время периода для одного цикла составляет:

T₀=T + 2t_d. где Г = l/f_tи t₆ - мертвое время.

Выходная частота последовательного инвертора всегда меньше резонансной частоты вследствие наличия мертвой зоны. Значение выходной частоты может варьироваться путем изменения мертвого времени.

Рис.1г. -Форма выходного напряжения последователного инвертора

Параллельный инвертор

Базовая схема параллельного инвертора изображена на рис.2а. Когда ключ 1 замкнут, помеченные точкой выводы обмоток A, D и С имеют положительный потенциал. Выходное напряжение - положительное. Во второй половине периода ключ 1 размыкается и замыкается ключ 2. Помеченные точкой выводы обмоток A, D и С имеют отрицательный потенциал и выходное напряжение - отрицательное.

Электрическая схема, рабочие фазы и формы выходных сигналов параллельного инвертора изображены на рис.2. Параллельные инверторы применяются в низкочастотных устройствах. В них используются трансформатор с отводом из центра первичной обмотки, два тиристора и коммутирующий конденсатор. Источник питания включается между центральным выводом и общей точкой катодов тиристоров. Эквивалентное нагрузочное сопротивление, пересчитанное в цепь первичной обмотки, подключено параллельно коммутационному конденсатору. Следовательно, инвертор такого типа является параллельным.

В момент времени t= t_xтиристор Т₁включается. Напряжение источника питания Е приложено к обмотке трансформатора А. Согласно закону самоиндукции такое же напряжение Е индуцируется на обмотке трансформатора В, но противоположной полярности. Поскольку обмотки А и В соединены последовательно, на них будет суммарное напряжение 2Е. Этим напряжением конденсатор предварительно заряжается до напряжения +2Е.

В момент времени t= t₂тиристор Т₂включается. Полярность напряжений на обмотках А и В меняется на обратную, к конденсатору, и тем самым к тиристору Т₁, прикладывается обратное напряжение, за счет чего тиристор Т₁ выключается. Полярность напряжения на конденсаторе меняется, и он перезаряжается до напряжения - 2Е. Также меняет на обратное направление ток во вторичной обмотке, то есть через нагрузочное сопротивление протекает переменный ток прямоугольной формы. Форма выходного напряжения аналогична форме напряжения на конденсаторе.

Рис.2 - а) Базовая схема параллельного инвертора;

б)Фазы работы схемы;

в)Формы напряжений и токов в цепях параллельного инвертора

Недостатки

1.Номинальное напряжение конденсатора должно быть 2Е.

2.Ток источника питания не является чистым постоянным током.

3.Колебания тока источника питания, являются причиной дополнительного выделения тепла в первичной цепи параллельного инвертора.

Мостовые инверторы. Однофазный полумостовой инвертор

Однофазный полумостовой инвертор состоит из двух источников питания и двух коммутаторов. Нагрузка подключена между общим выводом источников питания и общей точкой коммутаторов.

Полумостовой инвертор с RLC – нагрузкой

Рис.5 - а) Схема полумостового инвертора с RLC-нагрузкой, б) Форма напряжения и тока полумостового инвертора

Электрическая схема и форма выходного сигнала однофазного полумостового инвертора с RLС-нагрузкой изображены на рис.5. Если инвертор питает RLС-нагрузку, отдельная цепь коммутирования не требуется. Это можно объяснить с помощью символического изображения на рис.5б. Рабочая частота инвертора должна быть выбрана такой, чтобы Х_с> X_L. При этих условиях в этой схеме ток опережает по фазе напряжение. Ток в нагрузке изменяется синусоидально. В промежутке времени от t₀до t_lтиристор Т₁ находится в проводящем состоянии. В момент времени t₁ = t₂тиристор Т₁, выключается, так как ток в цепи уменьшается до нуля. В промежутке времени от t₁до t₂диод D₁находится в проводящем состоянии и мощность передается от нагрузки к источнику питания. Диод D₁находится в проводящем состоянии до тех пор, пока на конденсаторе присутствует напряжение. Когда диод D₁находится в состоянии проводимости, тиристор Т₁ смещен в обратном направлении. Таким образом, специальная цепь принудительной коммутации в этом случае не требуется. В этой схеме RLC-нагрузка обеспечивает коммутацию тиристоров. В течение отрицательного полупериода тиристор Т₂ находится в проводящем состоянии, через некоторое время диод D₂начинает проводить, вследствие этого тиристор Т₂смещается в обратном направлении и запирается.

Инвертор Мак-Мюррея(инвертирующий преобразователь)

Принцип работы инвертора Мак-Мюррея основан на коммутировании тока. Полумостовой инвертор работает на индуктивную нагрузку, как изображено на рис.6. Тиристоры Т_А1и Т_А2в этой схеме являются вспомогательными. Они используются для коммутации основных тиристоров Т₁и Т₂. Индуктивность Lи емкость С являются коммутирующими элементами. Конденсатор предварительно заряжен слева отрицательно, а справа -положительно. Рабочие фазы этой схемы устройства следующие.

Фаза I. Тиристор Т₁запускается, тем самым инициируется положительный полупериод преобразования. Постоянный ток нагрузки протекает через тиристор Т₁.

Фаза II. В момент времени t₁запускается вспомогательный тиристор Т_А1. По замкнутой цепи L, С, Т_{и Т_А1 начинает протекать ток, при этом ток через конденсатор синусоидально нарастает, как показано на рис.6в. В промежутке времени от t₁до t₂значение i_c <I₀. В момент времени t= t₂;t_c = I₀. Ток, текущий через тиристор Т₁, становится равным нулю, и тиристор выключается. Следует заметить, что в этой фазе ток через тиристор Т₁, уменьшается до нуля.