- •Введение
- •1. Выпрямители
- •1.1. Классификация и основные характеристики выпрямителей
- •Основные расчетные параметры схем выпрямления
- •1.2. Неуправляемые выпрямители
- •1.3. Особенности работы выпрямителей с различным характером нагрузки
- •1.4. Управляемые выпрямители
- •2. Инверторы, ведомые сетью
- •3. Импульсные преобразователи напряжения
- •3.1. Импульсные преобразователи постоянного напряжения (иппн)
- •3.2. Импульсные преобразователи переменного напряжения
- •4. Автономные инверторы
- •4.1. Автономные инверторы тока
- •4.2. Автономные инверторы напряжения
- •4.3. Резонансные инверторы
- •Список литературы
2. Инверторы, ведомые сетью
Инвертор – устройство, предназначенное для преобразования энергии постоянного тока в энергию переменного тока, т. е. выполняет функцию, обратную той, которую выполняет выпрямитель.
На практике часто возникает задача чередования режимов выпрямления и инвертирования. Эти режимы могут быть реализованы в одном и том же преобразователе: если энергия передается от сети к нагрузке, то преобразователь является управляемым выпрямителем; если энергия передается от источника постоянного тока в сеть, то преобразователь называют ведомым сетью инвертором.
Изменение направления потока энергии требует изменения знака мощности Pd= Ud · Idпреобразователя. Поскольку ток Idне может изменить своего направления из-за односторонней проводимости тиристоров, изменение знака мощности достигается за счет изменения знака напряжения Ud. Для этого необходимо обеспечить увеличение угла управления до α > 900. Рассмотрим сначала кратковременный режим инвертирования (ключ К на рис. 2.1 замкнут).
Рис. 2.1
Пусть в некоторый момент времени угол управления скачком изменяется от 1< 900до2> 900. Тогда, благодаря большой постоянной времени нагрузки, ток idв течение некоторого времени (до моментаtэм) протекает в прежнем направлении при отрицательной полярности напряжения Udи(рис. 2.2). В моментtэмэнергия в индуктивности полностью израсходована и ток id= 0. Приt >tэмимеет место режим прерывистого тока, при котором Ud= 0. В течение интервала с отрицательным значением Udэнергия, накопленная в индуктивности отдается в сеть – имеет место кратковременный режим инвертирования.
Рис. 2.2
Если на стороне нагрузки имеется дополнительный источник э.д.с. Ed> udмах(ключ К на рис. 2.1 разомкнут), который постоянно обеспечивает режим непрерывного тока при отрицательной полярности Ud, преобразователь работает в режиме ведомого сетью инвертора (рис. 2.3).
В инверторном режиме для характеристики управления используют угол опережения =. Минимальный угол опережения должен удовлетворять условиюмин> tвос, где tвос– время восстановления запирающих свойств тиристора. Если это условие по каким-то причинам не выполняется, происходитопрокидывание инвертора. Это аварийный режим, когда открыты оба тиристора, через которые протекает ток короткого замыкания.
Рис. 2.3
3. Импульсные преобразователи напряжения
Импульсные преобразователи напряжения – это устройства, предназначенные для регулирования напряжения на нагрузке путем периодического подключения к ней источника постоянного или переменного напряжения.
Соответственно напряжение на нагрузке имеет вид импульсов (фрагменты синусоиды у преобразователей переменного напряжения, прямоугольные – у преобразователей постоянного напряжения).
3.1. Импульсные преобразователи постоянного напряжения (иппн)
Основные области применения ИППН – вторичные источники электропитания, мощные стабилизаторы постоянного напряжения.
Регулирование величины выходного напряжения осуществляют, обычно, изменением длительности включенного состояния силового элемента. Отсюда – другое распространенное название – широтно-импульсный преобразователь (ШИП).
Рассмотрим три основные схемы: понижающий преобразователь, повышающий преобразователь, инвертирующий преобразователь.
В качестве силовых элементов в ИППН используют тиристоры или транзисторы.
Схема понижающего преобразователяи временные диаграммы работы приведены на рис. 3.1а, б.
а)
б)
Рис. 3.1
Транзистор VT управляется импульсами длительностью tи и периодом Т. На интервале 0 < t < tи транзистор VT открыт, диод VD заперт обратным для него напряжением Uвх. Ток замыкается по контуру VT–L–Rн–Uвх, индуктивность накапливает энергию. Напряжение на индуктивности uL= Uвх – Uвых. На интервале tи< t < Т транзистор VT закрыт, но ток, поддерживаемый энергией накопленной в индуктивности, продолжает протекать в прежнем направлении, замыкаясь по контуру VD–L–Rн. Напряжение на индуктивности uL= Uвых.
Конденсатор С выполняет роль дополнительного фильтра и при достаточно большой величине индуктивности может отсутствовать.
Величина выходного напряжения понижающего преобразователя
,
где γ = tи/T – коэффициент регулирования.
Для работы повышающего преобразователя (рис. 3.2а) принципиально необходимы два накопителя энергии – дроссель L и конденсатор С.
Процессы в схеме протекают следующим образом (рис. 3.2б): на интервале 0 <t<tитранзисторVTоткрыт, диодVDзаперт обратным для него напряжениемUвых. Ток через дроссель замыкается по контуруLVTUвх, индуктивность накапливает энергию. Напряжение на индуктивностиuL=Uвх. Конденсатор разряжается по контуруRнС, отдавая энергию, накопленную в предыдущем цикле работы схемы. На интервалеtи<t<TтранзисторVTзакрыт, ток через индуктивность продолжает протекать в прежнем направлении, замыкаясь по контуруLVDRнUвх. Одновременно заряжается конденсатор С. На этом интервале ток через индуктивность уменьшается, напряжениеuLменяет знак, приобретая полярность, противоположную полярности входного напряжения.
В результате выходное напряжение Uвых= Uвх uL становится больше входного на величину напряжения на индуктивности. Выходное напряжение повышающего преобразователя
.
В схеме инвертирующего преобразователя(рис. 3.3а) выходное напряжение может быть больше или меньше входного, полярность - противоположна полярности входного напряжения. Схема работает следующим образом (рис. 3.3б). На интервале 0 <t<tитранзисторVTоткрыт, диодVDзакрыт. Ток через индуктивность замыкается по контуруVTLUвх, дроссель накапливает энергию. Напряжение на дросселеuL=Uвх. Одновременно конденсатор разряжается по контуруRнС отдавая энергию, накопленную в предыдущем цикле работы. В момент времениtитранзисторVTзакрывается, ток через индуктивность начинает уменьшаться, соответственно изменяется полярность напряжения на дросселе. Это напряжение через открывшийся диодVDприкладывается к нагрузке. В результате напряжениеUвыхимеет полярность, противоположную входному напряжению. Ток через индуктивность на интервалеtи<t<Tзамыкается по контуруLRнVD, напряжение на дросселеuL=Uвых.
а)
б)
Рис. 3.2
а)
б)
Рис. 3.3
Величина выходного напряжения инвертирующего преобразователя:
,
т. е. при γ < 0,5 инвертирующий преобразователь является понижающим, а при γ > 0,5 – повышающим.