Краткий конспект лекций по дисциплине «Энергетическая электроника»

Лектор к.т.н., доцент Асабин А.А.

Автономные инверторы

Инвертор – устройство, которое служит для преобразования постоянного напряжения в переменное.

Называются автономными, так как параметры выходного напряжения и тока не зависят от параметров питающей сети переменного тока.

Данные инверторы, как правило, входят в состав устройств, называемых преобразователями частоты, которые применяются для частотного регулирования электроприводов переменного тока, а также для питания технологических установок, например: установок индукционного нагрева, для питания озонаторов, а также для питания электрических машин и аппаратов, требующих переменного напряжения с автономных объектов.

Классификация:

1. По характеру электромагнитных процессов инверторы подразделяются:

   1. Инверторы тока

   2. Инверторы напряжения

   3. Резонансные инверторы

2. По применяемым силовым элементам (по элементной базе):

   1. Тиристорные

   2. Транзисторные (на полностью управляемых элементах)

Инверторы тока

Диаграммы токов и напряжений:

На входе инвертора, как правило, стоит большая индуктивность, условно ее можно считать равной бесконечности, индуктивность должна быть такой большой, чтобы ток, потребляемый от источника постоянного напряжения за время равное периоду выходного напряжения существенно не менялся.

Ток I_d – должен оставаться постоянным.

В силовую часть входят полупроводниковые ключи, которые м.быть выполнены на тиристорах или силовых транзисторах, а в диагональ переменного тока включается сопротивление нагрузки.

В положительном полупериода +  - включаются ключи К1, К4, при этом сопротивление нагрузки подключается к положительному слева, а к отрицательному справа. Так как I_d=const, тогда ток нагрузки i_H постоянен и равен току I_d. В следующем полупериоде эти ключи выключают, а включают ключи К2 и К3, полярность на нагрузке меняется, и I_d инвертируется, но по величине остается таким же. Далее все периодически повторяют.

Инверторы тока предназначены для работы на нагрузку емкостного характера, это объясняется тем, что в случае, если нагрузка будет иметь индуктивный характер на сопротивлении нагрузки, а следовательно и полупроводниковых ключах возникают большие перенапряжения. Их наличие объясняется тем, что напряжение на индуктивности (в случае индуктивной нагрузки):

При: , наступает электрический пробой.

Напряжение на конденсаторе: - напряжение на конденсаторе нарастает по линейному закону, перенапряжение отсутствует – безопасный режим.

Инверторы напряжения

Диаграмма изменения характеристик:

Отличительной особенностью инверторов напряжения является то, что входную индуктивность не устанавливают, а если она есть, то ее величина выбирается малой, чтобы ток, потребляемый инвертором от источника, за время, равное периоду выходного напряжения изменялся в значительных пределах.

Принцип работы и силовая схема аналогичны инвертору тока, но электромагнитные процессы протекают несколько по другому.

В положительном полупериода +  - включаются ключи К1, К4, но здесь на сопротивлении нагрузке уже задан не ток, как в предыдущем случае, а напряжение (из за отсутствия входной индуктивности), поэтому: U_H=U_ИП, в следующем полупериоде эти ключи выключаются, а включаются другие.

Инверторы напряжения предназначены для работы на нагрузку активно-индуктивного характера.

Это объясняется тем, что при работе на емкостную нагрузку, в момент смены полярности выходного напряжения токи, протекающие через коммутирующие элементы достигают недопустимо больших значений. Так как ток через конденсатор: , напряжение на конденсаторе меняется скачком, ток стремиться к бесконечности.

При работе на индуктивную нагрузку, ток индуктивности: - ток нарастает по линейному закону.

Ключи в инверторах тока достаточно иметь с односторонней проводимостью.

В данном случае за полупериод ток через ключ меняет свое направление на противоположное, поэтому в инверторах напряжения коммутирующие элементы должны обладать двухсторонней проводимостью, то есть пропускать ток, как в прямом, так и в обратном направлении.