6.3. Автономные инверторы напряжения.
Однофазные АИН чаще всего выполняют по мостовой схеме (рисунок 6.5). Нагрузка включается в диагональ моста, образованного тиристорами VS1÷ VS4 и обратными диодами VD1÷ VD4. Диоды предназначены для пропускания тока активно-индуктивной нагрузки на интервалах времени, когда ток имеет направление, обратное для тиристоров.
Формирование кривой выходного напряжения характеризуется процессами, протекающими в главных цепях инвертора при задании соответствующих интервалов проводимости тиристоров. Для простоты способы формирования будем рассматривать без учета процессов, протекающих во вспомогательных цепях принудительной коммутации и занимающих существенно меньшую часть периода выходного напряжения. Поэтому на схеме, рисунок 6.5 узлы принудительной коммутации однооперационных тиристоров не показаны. Такой подход позволяет отразить сущность процессов формирования и регулирования выходного напряжения, общих как для транзисторных, так и для тиристорных (одно и двухоперационных) инверторов.
рисунок 6.5
6.3.1. Способ формирования выходного напряжения инвертора в виде импульсов чередующейся полярности и одинаковой длительности.
В этом случае формирование кривой UН требует поочередного отпирания накрест лежащих тиристоров VS1, VS2 и VS3, VS4 таким образом, чтобы каждый из них был открыт в течение ψ=180°. В установившемся режиме кривая тока iн активно-индуктивной нагрузки состоит из участков экспонент. До момента υ1 ток проводят тиристоры VS3 и VS4.
В момент времени υ1 запираются тиристоры VS3, VS4 и отпираются тиристоры VS1, VS2. Из-за индуктивности в цепи нагрузки, ток iн под действием э.д.с. самоиндукции сохраняет на интервале υ1- υ2 прежнее направление. Поскольку VS3 и VS4 заперты, а VS1 и VS2 в таком направлении проводить ток не могут, ток нагрузки на этом интервале проводят диоды VD1 и VD2 по цепи E-VD1-Rн-Lн-VD2. Отпиранием диодов вызывается изменение выходного напряжения на нагрузке (его полярности). Энергия, запасённая в индуктивности LН на предыдущем этапе работы схемы, отдаётся в цепь источника питания. Таким образом, роль обратных диодов сводится к пропусканию реактивного тока нагрузки после переключения тиристоров.
В момент υ2, iн=0, VD1 и VD2 запираются. Поскольку на VS1и VS2 управляющие импульсы поддерживаются в течении ψ=180°, эти тиристоры с момента времени υ2 подключают нагрузку к источнику питания. Ток в нагрузке после перехода через ноль меняет направление. Совпадение после момента υ2 знаков напряжения и тока нагрузки означает, что нагрузка потребляет энергию от источника питания.
В момент υ3 происходит очередное переключение тиристоров, связанное с запиранием VS1, VS2 и отпиранием VS3, VS4. Процессы протекают аналогично. На интервале υ3- υ4 ток проводят диоды VD3, VD4, а на интервале υ4- υ5 – тиристоры VS3, VS4.
При таком способе формирования выходного напряжения регулирование его величины возможно лишь путём изменения напряжения источника питания Е.
6.3.2. Широтно-импульсный способ формирования и регулирования выходного напряжения инвертора.
рисунок 6.6
При широтно-импульсном способе формирования и регулирования (ШИР) кривая выходного напряжения состоит в течение периода из κ-импульсов длительностью tИ (рисунок 6.6) при κ/2 однополярных импульсах в каждой из полуволн напряжения. κ=2,4,6,8… Путём изменения длительности импульсов осуществляют регулирование выходного напряжения, в частности действующего значения его первой гармоники.
Рассмотрим вначале более простые случаи при κ=2.