Автономные однофазные мостовые инверторы

Автономные однофазные мостовые инверторы (рис. 4.20) имеют следующие особенности. Нагрузка R_н к инверторам может присоединяться либо через трансформатор Тр с первичной w₁ и вторичной w₂ обмотками, либо непосредственно к инвертору. Каждая из этих схем включает коммутирующие конденсаторы С_к, осуществляющие выключение тиристоров, и коммутирующие индуктивности L_К, обеспечивающие правильную работу цепи выключения. Частота выходного переменного напряжения инвертора определяется частотой включения коммутирующих групп тиристоров Т₁...Т₁^* и T₂...Т₂^*, которые осуществляются подачей сигналов на управляющие электроды тиристоров от блока управления (блок управления на рис. 4.20 не показан).

а) б)

Рис. 4.20. Однофазные мостовые инверторы: а – со схемой параллельного включения тиристоров; б – со схемой последовательного включения тиристоров

Схема включения групп тиристоров Т₁...Т₁^* и T₂...Т₂^* может быть параллельного типа, где конденсатор присоединен к отключаемому вентилю параллельно, или последовательного типа, где конденсатор соединен с коммутирующей индуктивностью L_к последовательно. В схему инвертора обычно входят обратные диоды Д₁...Д₁^* и Д₂...Д₂^*, которые обеспечивают работу инвертора без нагрузки или при индуктивной нагрузке, создавая путь для обратного потока энергии от инвертора к источнику постоянного тока.

Инвертор параллельного типа, собранный по мостовой двухполупериодной схеме (рис. 4.20, а), работает следующим образом.

При включении тиристоров Т₁...Т₁^* по первичной обмотке w₁ трансформатора Тр протекает ток, показанный тонкой сплошной линией 1. С этого момента начинается первый полупериод высокочастотного тока, протекающего по нагрузке R_н. Одновременно заряжается конденсатор С_к полярностью 1 ( ). По истечении полупериода заданной частоты включаются тиристоры T₂...Т₂^*. Это приводит к разряду конденсатора С_к на тиристоры Т₁...Т₁^* в обратном направлении и уменьшению в них тока до нуля. Вследствие этого они запираются, и первый полупериод заканчивается. Именно поэтому конденсатор С_к в схемах инверторов называется коммутирующим (переключающим). Кроме того, включение тиристоров T₂...Т₂^* приводит к тому, что по первичной обмотке w₁ трансформатора Тр протекает ток противоположного направления, показанный тонкой штриховой линией 2. С этого момента начинается второй полупериод высокочастотного тока. Одновременно конденсатор С_к заряжается полярностью 2 ( ). По истечении второго полупериода опять включаются тиристоры Т₁...Т₁^* и цикл включения и выключения тиристоров Т₁...Т₁^* → T₂...Т₂^* повторяется.

Инвертор последовательного типа чаще, чем инвертор параллельного типа, используется в сварочных источниках питания. Например, инвертор, собранный по мостовой двухполупериодной схеме (рис. 4.20, б), работает следующим образом.

Как и в инверторе параллельного типа, при включении тиристоров Т₁...Т₁^* по первичной обмотке w₁ трансформатора Тр протекает ток, показанный тонкой сплошной линией 1. С этого момента начинается первый полупериод высокочастотного тока, протекающего по нагрузке R_н. Одновременно заряжается конденсатор С_к полярностью 1 ( ). Когда напряжение на конденсаторе С_к достигнет величины постоянного напряжения источника питания U_и.п., анодное напряжение на тиристорах Т₁...Т₁^* снизится до нуля, и они закроются. Во втором полупериоде при включении тиристоров T₂...Т₂^* по трансформатору Тр пойдет ток противоположного направления, показанный тонкой штриховой линией 2, а конденсатор С_к перезарядится полярностью 2 ( ). Как и в инверторе параллельного типа, по истечении второго полупериода опять включаются тиристоры Т₁...Т₁^* и цикл работы тиристоров Т₁...Т₁^* → T₂...Т₂^* повторяется.

Для всех схем, показанных на рис. 4.14, характерно то, что при перезарядке конденсатора С_к (во время процесса коммутации) в коммутирующей цепи накапливается энергия. Эта дополнительная энергия при отсутствии обратных диодов вызывает повышение напряжения на коммутирующем конденсаторе после каждой коммутации. Обратные диоды Д₁...Д₁^* и Д₂...Д₂^* препятствуют повышению напряжения на коммутирующих конденсаторах сверх уровня, определяемого параметрами схемы.

Однако если не предусмотрено достаточного затухания, то поступление энергии во время коммутаций вызовет непрерывный рост тока, циркулирующего в цепи, которая состоит из проходящего тиристора, обратного диода и коммутирующей индуктивности L_к. В инверторах низкой частоты (до 100 Гц) падение напряжения на полупроводниковых вентилях обеспечивает достаточное затухание. Во всех остальных случаях затухание может быть обеспечено резисторами, включенными последовательно с обратными диодами. В схемах с присоединением нагрузки через трансформатор затухание может быть обеспечено без увеличения потерь в инверторе – за счет присоединения обратных диодов к отпайкам трансформаторов. Можно также ввести в цепи циркулирующих токов такие напряжения соответствующей полярности, которые смогут эффективно компенсировать рост циркулирующего тока. При этом часть энергии возвращается в нагрузку или в источник питания, что улучшает КПД инвертора.