4. Автономные инверторы

Автономные инверторы (АИ) – это устройства, предназначенные для преобразования напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока и работающие на автономную (не связанную с сетью) нагрузку.

Различают три основные типа АИ:

• автономные инверторы тока (АИТ);

• автономные инверторы напряжения (АИН);

• резонансные инверторы (АИР).

Основные области применения автономных инверторов: регулируемый электропривод переменного тока (АИН, АИТ), вторичные источники питания (АИН, АИР, АИТ), электротехнологии, электротермия (АИТ, АИР).

4.1. Автономные инверторы тока

В АИТ источник питания работает в режиме источника тока. В качестве элементной базы используются тиристоры.

Схема однофазного параллельного АИТ приведена на рис. 4.1, временные диаграммы – на рис. 4.2. Дроссель L_d с достаточно большой индуктивностью сглаживает входной ток i_d (при L_d  i_d = I_d). Кроме того, ограничивает ток через тиристоры в моменты коммутации. Конденсатор С предназначен для коммутации тиристоров. Тиристоры переключаются попарно через полпериода выходного напряжения (тока) АИТ.

Рис. 4.1

Схема работает следующим образом. Пусть к моменту открыты тиристоры VS2, VS3, конденсатор заряжен с полярностью, показанной на рис. 4.1. В момент открываются тиристоры VS1, VS4. Через открывшиеся VS1, VS4 к VS2, VS3 прикладывается напряжение u_c с обратной для этих тиристоров полярностью. В результате VS2, VS3 запираются.

Рис. 4.2

На интервале 0 < t <  конденсатор перезаряжается по цепи EL_dVS1CVS4, приобретая к моменту полярность, противоположную первоначальной. На интервале  < t < 2 вновь открываются VS2, VS3 и процессы повторяются. Поскольку ток i_d – идеально сглажен, токи через тиристоры i_a1…i_a4 представляют собой однополярные импульсы прямоугольной формы, а ток i_и имеет вид разнополярных импульсов. При активной нагрузке ток i_н повторяет по форме напряжение u_н= u_c.

Для надежного запирания тиристоров к ним, после спадания тока до нуля, должно быть приложено обратное напряжение в течение интервала, равного времени восстановления запирающих свойств тиристора t_вос. Этому интервалу соответствует интервал , называемый углом опережения.

Одним из основных недостатков АИТ является ограниченный диапазон изменения нагрузки при фиксированной величине коммутирующего конденсатора. Пусть при некоторой величине нагрузки r_н кривая выходного напряжения u_н= u_c характеризуется углом опережения , максимальным значением напряжения u_cm и постоянной времени  = r_нС (рис. 4.3а). При увеличении нагрузки (уменьшении r_н) постоянная времени уменьшается (рис. 4.3б), что может при  < t_вос привести к опрокидыванию инвертора, т. е. к возникновению сквозного тока через VS1, VS2 или VS3, VS4. При уменьшении нагрузки (увеличении r_н) постоянная времени увеличивается (рис. 4.3в), угол  возрастает, но возрастает также напряжение на конденсаторе, что может привести к пробою тиристора.

Рис. 4.3

В схеме трехфазного параллельного инвертора (рис. 4.4) содержится три коммутирующих конденсатора. К моменту пуска конденсаторы должны быть заряжены с полярностью, показанной на рис. 4.4. Пуск осуществляется подачей управляющих импульсов на два тиристора одновременно. Далее, в установившемся режиме управление тиристорами в одной стойке производится в противофазе, а управление тиристорами анодной (и катодной) групп – со сдвигом на угол 2/3. Схема работает следующим образом (рис. 4.5). На интервале 0 < t < /3 открыты тиристоры VS1, VS4, конденсатор C_АВ дозаряжается по контуру L_dVS1C_АВVS4E, конденсатор C_ВС разряжается на сопротивление Z_bc, конденсатор С_СА перезаряжается. В момент t = /3 открывается тиристор VS6, к VS4 через открывшийся VS6 прикладывается обратное напряжение с конденсатора C_ВС и VS4 запирается. Сопротивления нагрузки подключены параллельно конденсаторам, поэтому напряжения на фазах нагрузки равны напряжениям на конденсаторах. На других интервалах, длительностью /3, процессы протекают аналогично.

Рис. 4.4