Вводные замечания

Автономными инверторами называются устройства, которые преобразуют постоянный ток в переменный в общем случае с регулируемый частотой и напряжением. Основные области применения автономных инверторов следующие:

• питание потребителей переменным током в условиях, где единственным источником энергии является аккумуляторная батарея (например, бортовые источники питания), а также резервное электропитание ответственных потребителей при возможном отключении сети переменного тока (электросвязь, вычислительная техника);

• электропривод с асинхронными и синхронными двигателями, где инвертор служит источником переменного напряжения и частоты;

• электроэнергетика, где автономные инверторы выполняют функцию активных фильтров, регулируемых компенсаторов реактивной мощности и мощности искажений.

По построению АИН делятся на однофазные и многофазные (двухфазные, трехфазные и.т.д.). Основой построения многофазных инверторов служат однофазные одноплечевые и двухплечевые (мостовые) схемы полностью повторяющие схемы ШИП.

Возьмем идеализированный однофазный инвертор с фильтром на выходе, работающий на асинхронный двигатель и питающийся от источника постоянного тока. Нагрузка имеет активно-индуктивный характер. Временные диаграммы приведены на рис.4.1. Из них можно сделать выводы

- на интервалах t₁ и t₃ напряжение и ток имеют одинаковое направление, т.е. мгновенное значение мощности р=ui >0. Энергия передаются из цепи постоянного тока в цепь переменного, а это инверторный режим.

- на интервалах t₂ и t₄ направление тока и напряжения противоположное, энергия возвращается из цепи переменного тока в цепь постоянного тока, что отвечает режиму выпрямления.

Таким образом, в общем случае инвертор должны давать возможность обеспечивать двухстороннюю проводимость рис.2.1. Это значит, что в качестве элементов, на база которых строится автономный инвертор должны быть использованы IGBT – транзисторы, GTO – тиристоры, и другие элементы обладающие двухсторонней проводимостью.

Рис. 2.1. Временные диаграммы ивертора напряжения.

.Основой АИ является вентильное переключающее устройство, которое может выполняться по однофазным или трехфазным схемам. В качестве ключей в АИ служат транзисторы и одно - или двухоперационные тиристоры. При использовании однооперационных тиристоров схему дополняют узлами коммутации. Одним из главных элементов схемы является конденсатор. Назначение конденсатора не ограничивается лишь запиранием тиристоров. Конденсаторы применяются для формирования кривой выходного напряжения инвертора и определяют характер процессов, протекающих в схеме. В связи с этим схемы АИ подразделяются на автономные инверторы напряжения (АИН), автономные инверторы тока (АИТ), автономные инверторы резонансные (АИР). Особенности АИ рассмотрим на примере однофазной мостовой схемы, где вентили представлены ключами (рис.2.2.). Источник питания Е здесь работает в режиме источника напряжения, чем и обусловливается название инвертора. При питании выпрямителя на вход АИН включается конденсатор большой емкости с целью шунтирования источника питания по переменному току для придания ему свойств источника напряжения. Формирование кривой выходного напряжения осуществляется путем использования определенного алгоритма переключения ключей. Наиболее простой алгоритм переключение поочередно накрест лежащих ключей – сначала К₁, К₂, а затем ключей К₃, К₄. Кривая выходного напряжения приведена на рис. 2.2.б. Ток в нагрузке определяется кривой выходного напряжения и характером нагрузки. В АИТ конденсатор подключается параллельно нагрузке, а источник питания работает в режиме источника тока. Такой режим создается путем включения в цепь источника питания дросселя L_к с большой индуктивностью (рис.2.2.). Кривая выходного напряжения формируется при поочередной проводимости ключей, расположенных по диагонали. Конденсатор, подключенный параллельно нагрузке, участвует в формировании кривой выходного напряжения и обеспечивает запирание тиристоров. Кривая напряжения состоит из участков экспонент заряда и разряда конденсатора (рис.2.2.в). В АИР конденсатор может быть включен как последовательно, так и параллельно нагрузке. Характер протекания процессов в главных цепях ключевой схемы обусловливается колебательным процессом перезаряда конденсатора в цепи с источником питания и индуктивностью, специально введенной или имеющейся в нагрузке, (рис.2.2.г.) в связи, с чем ток нагрузки по форме приближается к синусоиде

Рис. 2.2. Типы автономных инверторов.

21. Однофазные АИН. Способы формирования и регулирования