Вопрос 2. Инверторы

Инвертированием называется преобразование постоянного тока в переменный ток определенной величины и частоты. В связи с изменением направления потока энергии выходным звеном инвертора становится трансформатор, а на входные зажимы подключается независимый источник постоянного тока. Полярность его выбирается противоположной (по отношению к режиму выпрямления), чтобы обеспечить прямую проводимость вентилей. Для получения переменного напряжения необходимо периодически прерывать постоянный ток и распределять его по обмоткам (фазам) трансформатора тем или иным способом. В управляемых преобразователях функции ключей-распределителей выполняют тиристоры.

В зависимости от того, какими средствами осуществляется переход тока от вентиля к вентилю (коммутация тока), различают:

автономные (независимые) инверторы (с принудительной емкостной коммутацией при любой задаваемой частоте);

инверторы, ведомые сетью (с коммутацией напряжением сети при частоте сети).

В данной работе исследуется инвертор второй группы, в котором активная мощность передается от источника ±120 В в сеть переменного тока при одновременном потреблении реактивной из сети.

В инверторном режиме тиристоры должны пропускать ток преимущественно при отрицательных полупериодах напряжения в каждой полуобмотке.

Их переключение происходит благодаря тому, что напряжение на аноде открываемого тиристора оказывается положительным и более высоким, чем у работающего за счет источника постоянного тока, а также возникающей ЭДС самоиндукции. В этом случае дроссель способствует поддержанию непрерывного тока в каждом контуре, улучшает форму кривой переменного напряжения и фильтрует высшие гармоники.

Из сказанного выше можно сделать вывод, что протекание токов в вентильных полуобмотках трансформатора при изменении полярности ЭДС свидетельствует об изменении направления потока энергии - от источника постоянного тока в сеть переменного тока (рис.5.4,а).

Переход преобразователя от выпрямительного к инверторному режиму показывают временные диаграммы напряжения и тока (сравните рисунки 5.3 и 5.4).

При углах регулирования a <90° преобразователь отдает непрерывный ток в активно-индуктивную нагрузку (рис.5.3,а), и напряжение на ее зажимах положительно (U _н>0).

При установке a =90° ЭДС самоиндукции дросселя еще поддерживает непрерывный ток, однако напряжение на нагрузке равно нулю. В этом случае трансформатор выпрямителя обменивается с сетью реактивной мощностью (рис.5.3,б).

При дальнейшем увеличении углов регулирования, a >90°, наступает режим прерывистых токов, поскольку отдаваемая в контур энергия индуктивности дросселя не может превысить запасенную им в проводящую часть периода (рис.5.3,в).

Если же при a >90° источник постоянного тока с полярностью, указанной на рис.5.4,а обеспечивает непрерывный ток, то преобразователь переходит в инверторный режим с изменением знака напряжения

U _н= U _но cosa = U _но cos (p - b)=- U _но cosb.

Здесь угол b, вводимый по аналогии с выпрямительным режимом, называется углом опережения включения. Этот угол отсчитывается от точек wt = kp в сторону нуля (рис.5.4,б), k =1,2....

С увеличением угла регулирования a до 180° среднее значение напряжения преобразователя увеличивается. Теоретически, при b =0 напряжение холостого хода инвертора соответствует этой же величине при a =0 для управляемого выпрямителя. Однако в реальных условиях необходимо вводить запас по углу b _min»10...15°, с тем, чтобы завершить процесс коммутации переключаемых фаз и восстановить управляющие свойства тиристоров до момента их естественного открывания.

Входные характеристики инвертора U _н=¦(I _н) при фиксированных значениях углов опережения (b =const) подобны внешним характеристикам управляемого выпрямителя.

Контрольные вопросы

1. Опишите работу УВ и назовите область его применения.

2. Объясните различие между режимом выпрямления и инвертирования.

3. Перечислите достоинства и недостатки управляемых преобразователей.

4. Что представляют собой регулировочные характеристики УВ?

5. Какие функции выполняет дроссель в схеме УВ?

6. Объясните ход внешних характеристик управляемого выпрямителя и входных характеристик инвертора.

7. Как изменяется величина пульсации выпрямленного напряжения при изменении углов регулирования и при изменении величины тока?