Інвертор. Принцип роботи, різновид, сфера застосування (стор. 1 із 2)
Інвертор. Принцип роботи, різновид, сфера застосування
Електрична схема, робочі фази та форми вихідних сигналів послідовного інвертора зображені на рис. 1. Така схема називається послідовним інвертором, оскільки в ній опір навантаження включено послідовно з ємністю.R-навантажувальний опір,LтаС- комутаційні елементи. Такий тип інвертора містить два тиристори. Розглянемо докладніше фази роботи такої схеми.
ФазаI.ТиристорТ1включається в момент часуto.Починається заряд конденсатора від джерела живлення. Послідовний ланцюгR,LіСформує синусоїдальний струм через навантажувальний опір і виконує функцію демпфуючого ланцюга. Коли струм у ланцюзі зменшується до нуля, тиристорТ1замикається. Напруга на навантажувальному опорі знаходиться у фазі зі струмом тиристора. Форми напругVLіVcможна одержати за допомогою теореми Кірхгофа:(VL+Vc=E),величиниVLтаVcповинні задовольняти умови цього рівняння.
ФазаII.ТиристорТ2не повинен включатися відразу після того, як струм через тиристор Г зменшиться до нуля. Для кращого замикання тиристораТ1до нього необхідно прикласти невелику зворотну напругу. Якщо тиристорТ2включається без запізнення, або мертва зона відсутня, напруга джерела живлення замикається через відкриті тиристориТ1таТг..Якщо обидва тиристори перебувають у закритому стані, тоVR = 0,VL=0, отже,Ldi/dt= 0 і конденсаторСзалишається незарядженим.
ФазаIII.У момент часуt2тиристорТ2включається та ініціює негативний напівперіод. Конденсатор розряджається черезL,RіТ2 .Слід зазначити, що електричний струм через навантажувальний опірRпротікає у протилежному напрямку. У час, коли цей струм зменшується до нуля, тиристорТ2вимикається. Форми напругиVLіVcможна отримати за допомогою теореми Кірхгофа: (VL+Vc= 0), величиниVLтаVcповинні задовольняти умови цього рівняння.
б) Фази роботи схеми;
в) Форми напруг і струмів у ланцюгах послідовного інвертора
Якщо тиристорТ1запустити із затримкою на величину мертвого часу, вищезазначені процеси повторяться.
1. Проста конструкція.
2. Вихідна напруга близько до синусоїдальної.
1. ІндуктивністьLта конденсаторСмають великі габарити.
2. Джерело живлення використовується лише протягом позитивного напівперіоду.
3. У вихідній напрузі є найвищі гармоніки через наявність мертвої зони.
Послідовний інвертор найкраще підходить для високочастотних пристроїв, так як для необхідних значень1таСзменшуються їх габарити. Час періоду одного циклу становить:
Вихідна частота послідовного інвертора завжди менша від резонансної частоти внаслідок наявності мертвої зони. Значення вихідної частоти може змінюватись шляхом зміни мертвого часу.
Базову схему паралельного інвертора зображено на рис.2а. Коли ключ 1 замкнутий, позначені точкою висновки обмоток A, D і мають позитивний потенціал. Вихідна напруга – позитивна. У другийполовині періоду ключ 1 розмикається і замикається ключ 2. Позначені точкою висновки обмоток A, D і мають негативний потенціал і вихідна напруга - негативне.
Електрична схема, робочі фази та форми вихідних сигналів паралельного інвертора зображені на рис.2. Паралельні інвертори застосовують у низькочастотних пристроях. У них використовуються трансформатор з відведенням з центру первинної обмотки, два тиристори і комутуючий конденсатор. Джерело живлення включається між центральним висновком та загальною точкою катодів тиристорів. Еквівалентний навантажувальний опір, перерахований у ланцюг первинної обмотки, підключений паралельно до комутаційного конденсатора. Отже, інвертор такого типу є паралельним.
У момент часуt=txтиристорТ1включається. Напруга джерела живленняЕприкладено до обмотки трансформатора А. Відповідно до закону самоіндукції така ж напругаЕіндукується на обмотці трансформатора, але протилежної полярності. Оскільки обмотки А і В з'єднані послідовно, на них буде сумарна напруга2Е.Цією напругою конденсатор заряджається попередньо до напруги+2Е.
У момент часуt=t2тиристорТ2включається. Полярність напруг на обмотках А і змінюється на зворотну, до конденсатора, і цим до тиристоруТ1, прикладається зворотне напруга, з допомогою чого тиристорТ1вимикається. Також змінює на зворотний напрямок струм у вторинній обмотці, тобто через навантажувальний опір протікає змінний струм прямокутної форми. Форма вихідної напруги аналогічна формі напруги наконденсатор.
б) Фази роботи схеми;
в) Форми напруг і струмів у ланцюгах паралельного інвертора
1.Номінальна напруга конденсатора має бути2Е.
2.Струм джерела живлення не є чистим постійним струмом.
3.Коливання струму джерела живлення є причиною додаткового виділення тепла в первинному ланцюгу паралельного інвертора.
Мостові інвертори. Однофазний напівмостовий інвертор
Однофазний напівмостовий інвертор складається з двох джерел живлення та двох комутаторів. Навантаження підключено між загальним виведенням джерел живлення та загальною точкою комутаторів.
Напівмостовий інвертор зRLC– навантаженням
Електрична схема та форма вихідного сигналу однофазного напівмостового інвертора з RLС-навантаженням зображені на рис.5. Якщо інвертор живить RLС-навантаження, окремий ланцюг комутування не потрібний. Це можна пояснити за допомогою символічного зображення на рис.5б. Робоча частота інвертора має бути обрана такою, щобХс>XL.За цих умов у цій схемі струм випереджає по фазі напруга. Струм у навантаженні змінюється синусоїдально. У проміжку часу відt0доtlтиристорТ1знаходиться у провідному стані. У момент часуt1=t2тиристорТ1, вимикається, так як струм у ланцюзі зменшується до нуля. У проміжку часу відt1доt2діодD1знаходиться в провідному стані та потужність передається від навантаження до джерела живлення. ДіодD1знаходиться у провідному стані до тих пір, поки на конденсаторі є напруга. Коли діодD1перебуває у стані провідності, тиристорТ1зміщений у зворотному напрямку. Таким чином, спеціальний ланцюг примусової комутації у цьому випадку не потрібний. У цій схемі RLC навантаження забезпечує комутацію тиристорів. Протягом негативного напівперіоду тиристорТ2знаходиться у провідному стані, через деякий час діодD2починає проводити, внаслідок цього тиристорТ2зміщується в зворотному напрямку та замикається.
Інвертор Мак-Мюррея(інвертуючий перетворювач)
Принцип роботи інвертора Мак-Мюррея ґрунтується на комутуванні струму. Напівмостовий інвертор працює на індуктивне навантаження, як зображено на рис.6. ТиристориТА1таТА2у цій схемі є допоміжними. Вони використовуються для комутації основних тиристорівТ1іТ2 .ІндуктивністьLі ємність є комутуючими елементами. Конденсатор попередньо заряджений зліва негативно, а справа -позитивно. Робочі фази цієї схеми пристрою такі.
ФазаI.ТиристорТ1запускається, тим самим ініціюється позитивний напівперіод перетворення. Постійний струм навантаження протікає через тиристорТ1.
ФазаII.У момент часуt1запускається допоміжний тиристор>ТА1 .По замкнутому ланцюгуL, С, ТіТА1починає протікати струм, причому струм через конденсатор синусоїдально наростає, як показано на рис .6в. У проміжку часу відt1доt2значення ic