Автономные инверторы

Автономные инверторы (АИ) осуществляют преобразование постоянного тока в переменный с неизменной или регулируемой частотой и работают на автономную нагрузку.

АИ применяют, если необходимо:

1 иметь переменный ток требуемой частоты, когда источниками питания являются устройства прямого преобразования энергии – термо- и фотогенераторы, аккумуляторы;

2 преобразовать постоянное напряжение одного значения в постоянное напряжение требуемого значения;

3 получить переменный ток высокой частоты.

АИ подразделяются на:

• автономные инверторы тока (АИТ);

• автономные инверторы напряжения (АИН);

• автономные резонансные инверторы (АРИ).

В АИТ источник питания работает в режиме источника тока, что достигается включением в цепь дросселя L₀ (рисунок 1.36).

Рисунок 1.36 – Схема автономного инвертора тока

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

ВХ₂

ВХ₁

R₂

R₁

VS₂

VS₁

C_к

+

(+)

+

-

(-)

-

L₀

U_вых

Тиристоры VS₁ и VS₂ открываются поочередно запускающими импульсами, поступающими от блока системы управления (СУ).

Рассмотрим временные диаграммы (рисунок 1.37). При появлении первого запускающего импульса U_вх1, тиристор VS₁ открывается.

t

t

t

t

t

i_VS1

U_вых

U_вых2

U_вых1

Рисунок 1.37 – Временные диаграммы АИТ

Из-за резкого уменьшения сопротивления VS₁ левая половина первичной обмотки трансформатора оказывается подключенной к источнику Е и в ней появляется нарастающий ток, который наводит э.д.с. в правой половине первичной обмотки и во вторичной обмотке. Коммутирующий конденсатор С_к заряжается до удвоенного значения напряжения источника питания Е.

Следующий импульс U_вх2 включает VS₂. Нарастающий ток в правой половине первичной обмотки трансформатора создает э.д.с. в левой половине первичной обмотки и вторичной обмотке, но другого направления. С_к через открытый VS₂ оказывается подключенным к VS₁, причем положительная обкладка соединяется с катодом, а отрицательная – с анодом, что приводит к запиранию VS₁. Как только VS₁ закрывается, разрядка С_к прекращается и сразу же начинается его перезарядка до удвоенного значения напряжения питания Е, но противоположной полярности, что мы и видим на временной диаграмме выходного напряжения.

Автономный инвертор напряжения

В автономном инверторе напряжения (АИН) источник питания работает в режиме источника напряжения.

VD₁

Работу АИН рассмотрим на примере однофазного мостового преобразователя (рисунок 1.38).

CУ

E

U_y2

U_y1

Z_н

C₀

(+)

+

+

(-)

-

-

VD₄

VD₃

VS₄

VS₃

VS₂

VS₁

VD₂

Рисунок 1.39 – Временные диаграммы АИН

Параллельно Е подключают С₀ большой емкости, который практически исключает пульсации напряжения при переключении тиристоров. Напряжение на активно-индуктивной нагрузке Z появляется при поочередном попарном включении тиристоров VS₁,VS₄ и VS₂, VS₃, которые управляются входными импульсами, поступающими от СУ.

С приходом управляющего импульса U_у1 открывается первая пара тиристоров VS₁,VS₄ и закрываются ранее открытые тиристоры VS₂, VS₃, а на нагрузке Z_н появляется напряжение положительной полярности, равное э.д.с. Е источника питания. Появление следующего управляющего импульса U_у2 приводит к отпиранию VS₂, VS₃ и запиранию VS₁, VS₄. Возникающее при этом напряжение, равное Е на нагрузке Z_н, имеет отрицательную полярность (рисунок 1.39). Т. о. в АИН напряжение на Z_н имеет прямоугольную форму.

При переключении тиристоров ток i_н не может изменяться скачком, поэтому он некоторое время сохраняет свое направление, плавно уменьшаясь до нуля, и только потом меняет свое направление на обратное.

Автономный резонансный инвертор (АРИ) применяют для преобразования постоянного напряжения в переменное напряжение повышенной частоты (10³  10⁵ Гц), используя в схеме резонансный контур. В данном разделе не рассматривается.