31.Принцип действия однофазного мостового инвертора напряжения.

Рисунок 36.1 Схема однофазного полумостового инвертора

со средней точкой источника питания

Для работы данной схемы необходимо иметь источник питания со средней точкой, которая образуется за счет включения на входе инвертора двух емкостей C_Ф1иC_Ф2. Транзисторы в данной схеме работают попарно в противофазе с одинаковой длительностью закрытого и открытого состояния.

При активной нагрузке ток и напряжение имеют одну и ту же форму (прямоугольных двухполярных импульсов). К нагрузке на каждом полупериоде прикладывается напряжение .

Рисунок 36.2 Временные диаграммы работы схемы на R-L нагрузку

При наличии индуктивности форма тока становится апериодической. В момент времени θ₁ открывается транзисторVT1и ток нагрузки протекает от источника питания по цепи+U_П – VT1 – RL – ноль источника питания. При этом к нагрузке прикладывается напряжение, а к транзисторуVT2в прямом и диодуVD2в обратном направлении напряжениеU_П. В момент времениθ₂транзисторVT1закрывается и должен открыться транзисторVT2, но из-за действия э.д.с самоиндукции изменившей свой знак и стремящейся поддержать ток в цепи нагрузки откроется диодVD2и ток продолжает протекать в том же направленииVD2–RL– ноль источника питания –+C_Ф2–-U_П–VD2. При этом ток в цепи нагрузки уменьшается, а ток в цепи источника питанияпоменял свой знак, то есть на интервалеθ₂<θ<θ₃ток по нагрузке протекает под действием ЭДС самоиндукции и происходит возврат энергии вC_Ф2.

В момент времени θ₃ток в нагрузке становится равным нулю, диодVD2закрывается, открывается транзисторVT2и ток начинает протекать по цепиVT2 – -U_П – C_Ф2– ноль источника питания –RL–VT2.

Действующее значение ЭДС в нагрузке равно .

Недостатки схемы: необходимость источника питания со средней точкой (двух емкостей) и к ключам прикладывается двойное напряжение.

32.Принцип действия трехфазного автономного инвертора напряжения с углом проводимости =180°. Нагрузка активная, соединение-звезда.

Рисунок 39.1 Схема трехфазного мостового АИН

При λ=180⁰алгоритм переключения ключей АИН имеет следующий вид:

Рисунок 39.2 Алгоритм переключения ключей инвертора при λ=180⁰

Выполнение данного алгоритма позволяет получить на нагрузке кривую 3-х фазного симметричного несинусоидального переменного напряжения.

Из алгоритма переключения ключей инвертора следует, что в 3-хфазном мостовом АИН при λ=180⁰за периодТвыходного напряжения инвертора возможны шесть независимых сочетаний открытых и закрытых состояний транзисторов. При этом, в каждый момент времени открывающие импульсы подаются одновременно на три транзистора (ключа). Ток, втекающий черезVT1,VT3иVT5– положительный. 1.

На данном интервале открыты VT1,VT6,VT5. Схема замещения АИН следующая:

Рисунок 39.3 Схема замещения при

Таким образом, считая, что

; 2.

На данном интервале открыты VT1,VT6,VT2. Схема замещения АИН следующая:

Рисунок 39.4 Схема замещения при

; 3.

На данном интервале открыты VT1,VT2,VT3. Схема замещения АИН следующая:

Рисунок 39.5 Схема замещения при

; 4.

На данном интервале открыты VT4,VT3,VT2. Схема замещения АИН следующая:

Рисунок 39.6 Схема замещения при

5.

На данном интервале открыты VT5,VT3,VT4. Схема замещения АИН следующая:

Рисунок 39.7 Схема замещения при

; 6.

На данном интервале открыты VT4,VT6,VT5. Схема замещения следующая:

Рисунок 39.8 Схема замещения при

Рисунок 39.9 Временные диаграммы работы 3-х фазного

мостового АИН при λ=180⁰

Из схем замещения видно , что за период выходного напряжения каждая фаза нагрузки включается либо параллельно другой фазе и последовательно с третьей , либо последовательно с двумя другими фазами, включенными параллельно. Поэтому, к каждой фазе прикладывается напряжение либо Uп/3(-Uп/3), либо 2/3Uп(-2/3Uп).

Фазное напряжение на нагрузке двухполярное шестиступенчатое. При активной нагрузке кривая тока повторяет кривую напряжения.

Трехфазный мостовой АИН λ=180⁰, соединение нагрузки в треугольник (Δ)

При соединении активной нагрузки в Δ возможны также шесть сочетаний открытых и закрытых состояний транзисторов.

Рисунок 39.10 Схемы замещений

1. : открытыVT1,VT6, VT5;

2. : открытыVT1,VT2, VT6;

3. : открытыVT1,VT3, VT2.

При соединении активной нагрузки в треугольник, возможны также 6 сочетаний открытых и закрытых состояний транзисторов.

Действующее значение фазного напряжения

При R-Lнагрузке форма напряжения не изменяется. В выходном напряжении трехфазного АИН при λ=180⁰отсутствуют четные гармоники и гармоники, кратные трем, а присутствуют: 1, 5, 7, 11…

При соединении нагрузки в звезду фазное напряжение на нагрузке имеет следующий гармонический вид:

, где– круговая частота 1-ой гармонической выходного напряжения.

Рисунок 39.11 Фазные напряжения нагрузки при соединении нагрузки треугольником, λ=180⁰

33.Принцип действия трехфазного инвертора напряжения с углом проводимости =180°. Нагрузка активно-индуктивная, 0°< <60°, соединение- звезда.

При активно-индуктивной нагрузке ток отстаёт от напряжения. При этом изменяется конфигурация эквивалентных схем замещения инвертора и в работу вступают возвратные диоды. Но это не приводит к изменению формы напряжения на нагрузке, т.к. в каждый момент времени в схеме остаются включенными три полупроводниковых вентиля.

Конфигурация эквивалентных схем зависит от угла φ(угол сдвига тока относительно напряжения).

Рисунок 40.1 Временные диаграммы работы трехфазного мостового АИН

с λ=180⁰ при 0º<φ<60º

В момент времени θ=0отключаетсяVT4и подаётся открывающий импульс наVT1.Однако из-за действия ЭДС самоиндукциифазы А, изменившей свой знак в момент времениθ=π, открывается диодVD1и токфазы Апротекает по цепифаза А – VD1 – VT5 – фаза С – фаза А. Т.е. на интервале0<θ<φпроисходит обмен реактивной энергией междуфазами А и С. При этом подключение фаз к источнику питания остаётся аналогичным, как и при активной нагрузке. Поэтому форма напряжения на нагрузке не изменяется. В момент времениθ=φ, токIстановится равным нулю,VD1закрывается, открываетсяVT1. Таким образом, приφ<60ºвозврата энергии в источник питания не происходит (о чем свидетельствует однополярная форма токаi_П), а на отдельных интервалах происходит обмен реактивной энергией между фазами. Такие же процессы происходят и в других фазах

34.Принцип действия трехфазного инвертора напряжения с углом проводимости =180°. Нагрузка активно-индуктивная, 60°<<120⁰, соединение- звезда.

Рисунок 41.1 Временные диаграммы работы трехфазного мостового АИН

с λ=180⁰ при 60º<φ<120º

На интервале времени 0<θ<π/3открытыVT5,VT6иVD1.

Рисунок 41.2 Эквивалентная схема замещения трехфазного мостового АИН

на интервале 0<θ<π/3

На этом интервале происходит обмен реактивной энергией между фазами А и С. В момент времениθ=π/3закрываетсяVT5и должен открытьсяVT2, но из-за действия ЭДС самоиндукциифазы С, открываетсяVD2.На интерваеπ/3<θ<φVT1 ещё не открылся, а открытыVD1,VT6иVD2(открывается под действием ЭДС самоиндукциифазы С) и часть энергии, запасённой в полях

индуктивностей фаз А и Свозвращается в источник питания, а часть рассеивается в активных сопротивленияхфаз А и С.

Рисунок 41.3 Эквивалентная схема замещения трехфазного мостового АИН

на интервале π/3<θ<φ

Энергия фазы ВчерезVT6,VD2ифазу Срассеивается в активных сопротивленияхфаз СиВ. На этом интервале токi_Пменяет свой знак.

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

1. при φ<60ºвозврата энергии в источник питания не происходит (о чем свидетельствует однополярная форма токаi_П), а на отдельных интервалах происходит обмен реактивной энергией между фазами.

2. при φ>60ºчасть энергии, запасённой в полях индуктивностейфаз, возвращается в источник питания, а часть рассеивается в активных сопротивленияхфаз .

Рисунок 47.2 Временные диаграммы работы инвертора при φ<π/3 и φ>π/3

35.Принцип действия трехфазного инвертора напряжения с углом проводимости =120°. Нагрузка активная, соединение- звезда.

Рисунок 42.1 Схема трехфазного АИН

Алгоритм переключения ключей инвертора при λ=120⁰выглядит следующим образом:

Рисунок 42.2 Алгоритм переключения ключей АИН при λ=120⁰

Как видно из алгоритма переключения ключей инвертора при λ=120⁰в схеме в каждый момент времени открывающие импульсы одновременно подаются лишь на два тиристора. При этом фазы нагрузки соединены между собой последовательно, а одна из них отключена (U_ф=0). Следовательно, к соответствующим работающим фазам прикладывается напряжениеU_ф=± U_П /2.За периодТвыходного напряжения возможны 6 независимых сочетаний открытых и закрытых состояний вентилей.

1. ;

2. ;

3. ;

4. ;

5. ;

6. .

Рисунок 42.3 Схемы замещения АИН при λ=120⁰ для различных

временных интервалов

Таким образом, фазы подключены между собой последовательно, т.е. к ним прикладываются напряжения ± U_П /2.

Вид фазных напряжений показан на рисунке 42.4.

Рисунок 42.4 Фазные напряжения АИН при λ=120⁰ и активной нагрузке

36.Принцип действия трехфазного инвертора напряжения с углом проводимости =150°. Нагрузка активная, соединение- звезда.

Рисунок 44.1 Схема трехфазного мостового АИН

При λ=150⁰алгоритм переключения ключей инвертора следующий:

Рисунок 44.2 Алгоритм переключения ключей инвертора

Выполнение данного алгоритма позволяет получить на нагрузке кривую трехфазного симметричного несинусоидального переменного напряжения.

Из алгоритма переключения инвертора следует, что в трехфазном мостовом АИН при λ=120⁰за периодТвыходного напряжения инвертора имеется 12 независимых сочетаний открытых и закрытых состояний транзисторов. При этом , в каждый момент времени открыты либо три, либо два ключа.1.На данном интервале открытыVT1,VT6,VT5. Схема замещения следующая:

Рисунок 44.3 Схема замещения при 0º<φ<30º

2.На данном интервале открытыVT1иVT6. Схема замещения следующая:

Рисунок 44.4 Схема замещения при 30º<φ<60º

3.

На данном интервале открыты VT1,VT2,VT6. Схема замещения следующая:

Рисунок 44.5 Схема замещения при 60º<φ<90º

4.

На данном интервале открыты VT1иVT2. Схема замещения следующая:

Рисунок 44.6 Схема замещения при 90º<φ<120º

5. На данном интервале открытыVT1,VT3,VT2. Схема замещения следующая:

Рисунок 44.7 Схема замещения при 120º<φ<150º

6. На данном интервале открытыVT3иVT2. Схема замещения следующая :

Рисунок 44.8 Схема замещения при 150º<φ<180º

Рисунок 44.9 Напряжение фазы А трехфазного мостового АИН

при λ=150⁰ и активной нагрузке

Из схем замещения инвертора видно, что к каждой фазе нагрузки за

период Твыходного напряжения прикладываются напряжения: