Срс Инверторы. 1. Автономные инверторы. Автономный инвертор напряжения
 Скачать 206.79 Kb.
|
|
Содержание: Введение. 1.Автономные инверторы. 2. Автономный инвертор напряжения. 3. Автономный инвертор тока. Список использованной литературы. Введение. Инвертором называется устройство для преобразования постоянного тока в переменный с постоянными или регулируемыми значениями выходного напряжения и частоты. Если инвертор работает на нагрузку, не имеющую другого источника питания, он называется автономным. Автономные инверторы (АИ) применяются для питания потребителей переменным током от аккумуляторных батарей или других источников постоянного тока, для электропривода с частотным регулированием, в системах прямого преобразования энергии, например от топливных элементов, МГД-генераторов и т. П. Основные требования к АИ: максимальный КПД преобразования, минимальные массогабаритные показатели и стоимость, возможность регулирования Uн и Iвых в достаточно широких пределах, обеспечение заданной формы выходного напряжения, отсутствие срывов работы при перегрузке и на холостом ходу и т. П. Автономные инверторы В качестве переключательных элементов в автономных инверторах нашли применение транзисторы, обычные и двухоперационные тиристоры. Первые используются в устройствах относительно небольшой мощности, последние наиболее удобны в АИ напряжения и в регулируемых инверторах. Обычные тиристоры иногда приходится применять в совокупности со схемами принудительной коммутации. Все АИ могут быть подразделены на ряд видов. По схеме преобразования АИ различаются по количеству фаз, схеме питания и некоторым другим параметрам, о которых будет упомянуто ниже. По способу коммутации вентилей они могут быть следующими: Инверторы, полностью коммутируемые по управляющим цепям (на транзисторах и ДОТ); Инверторы с коммутирующими конденсаторами, подключенными параллельно нагрузке; Последовательные инверторы; АИ с двухступенчатой коммутацией, позволяющие осуществлять регулирование выходного напряжения. Однако наиболее существенно деление автономных инверторов на два типа – автономные инверторы напряжения (АИН) и АИ тока (АНТ) в зависимости от характера источника питания и его связи с АИ (кроме того, существуют и резонансные АИ, но применяются они редко). Автономный инвертор напряжения. АИН формирует в нагрузке переменное напряжение путем периодического подключения ее к источнику напряжения за счет поочередного попарного включения вентилей (рис. 1, а). Источник питания работает в режиме генератора напряжения (аккумуляторные батарея или выпрямитель с емкостным фильтром), назначение конденсатора будет разъяснено дополнительно.  Рис. 1. Автономный инвертор напряжения (а) и диаграмма его работы (б) Вентили должны быть полностью управляемые (ДОТ) или каждый тиристор снабжается схемой принудительной коммутации. При работе схемы на нагрузке формируются прямоугольные импульсы напряжения (рис. 1, б), а форма тока зависит от ее характера. Если нагрузка чисто активная, то форма тока совпадает с формой напряжения (пунктир на рис. 1, б), если нагрузка активно-индуктивная, ток iн меняется по экспоненте с постоянной времени . При запирании очередной пары вентилей (например, VD1 и VD4) и отпирании второй пары напряжение Uн меняется скачком, а ток некоторое время сохраняет свое направление. Для обеспечения прохождения этого тока используются так называемые обратные диоды VD5… VD8, далее ток замыкается через конденсатор С. Частота тока в нагрузке определяется схемой управления, нагрузочная характеристика АИН – жесткая, так как напряжение на нагрузке практически равно Un = Е. Так как входной ток собственно инвертора становится (при RL-нагрузке) знакопеременным, то при работе АИН от выпрямителя необходим конденсатор С большой емкости. АИН могут работать в широком диапазоне нагрузок – от холостого хода до значения, при котором возможна перегрузка вентилей. Максимальное значение тока нагрузки при симметричном характере выходного напряжения равно , Где ; ; Т- период. Регулировать напряжение на выходе АИН можно, либо изменяя Е, либо с помощью широтно-импульсного регулирования. Последнее осуществляют несколькими способами: 1) каждый импульс напряжения в нагрузке формируется из нескольких, меняющих свою длительность (рис. 2, а); 2) сокращение времени работы АИН в каждый полупериод за счет закрывания одной пары вентилей и включения второй пары с задержкой (рис. 2, б); 3) применение двух инверторов, работающих на общую нагрузку через трансформатор с геометрическим сложением выходных напряжений путем регулирования фазы в схемах управления (рис. 2, в). В первых двух случаях возрастают амплитуды высших гармоник, но в первом варианте можно по лучить выходное напряжение, близкое по форме к синусоидальному.  Рис. 2. Регулирование напряжения в АИН Автономный инвертор тока. АИТ (рис. 3) получает питание от источника питания через достаточно большую индуктивность, поэтому потребляемый инвертором ток практически не меняется. При поочередном переключении пар тиристоров (не запираемых) в нагрузке формируются прямоугольные импульсы тока, а форма напряжения зависит от характера нагрузки, которая, как правило, бывает активно-емкостная. По способу подключения конденсатора к нагрузке так АИТ получили название параллельных. Как видно из рис. 3, при очередном переключении пар тиристоров (например, работали VD1 и VD4, а включаются схемой управления VD2 и VD3) через нагрузку ток меняется скачком, а за счет перезаряда конденсатора С в течение некоторого интервала времени ранее работавшие тиристоры оказываются под обратным напряжением и, естественно, запираются. Необходимо, чтобы этот интервал был больше времени выключения тиристора. Чем больше постоянная времени , тем медленнее меняется напряжение на нагрузке, закон его изменения приближается к линейному, а форма – к треугольной. Внешняя характеристика АИТ – мягкая (крутопадающая), режим холостого хода невозможен.  Рис. 3. Автономный инвертор тока (а) и диаграмма его работы (б) Относительное значение напряжения на нагрузке и вид внешней характеристики могут быть приближенно найдены из формулы Где - КПД АИТ; . Следует отметить, что при активно-индуктивной нагрузке АИТ неработоспособен и такую нагрузку необходимо шунтировать конденсатором. Так как на практике трудно обеспечить для АИТ или С для АИН, реальные схемы имеют некоторые промежуточные качества. Для питания относительно маломощной однофазной нагрузки с напряжением, заметно отличающимся от напряжения питания, удобно применять схему, в которой одна пара тиристоров заменена полуобмотками трансформатора, а сам он позволяет согласовать Un и Uн (рис. 4).  Рис. 4. Параллельный инвертор на транзисторах При включении, например, VD1 ток проходит от источника питания через L, полуобмотку W1 трансформатора Тр и VD1. Во вторичной обмотке индуцируется ЭДС, и появляется ток в нагрузке. Коммутирующий конденсатор С заряжается почти до удвоенного напряжения сети (за счет ЭДС самоиндукции в обмотке W2). Когда схема управления СУ включит VD2, конденсатор оказывается включенным параллельно VD1, тот мгновенно запирается (так как подано напряжение в запирающем направлении) и процесс повторяется. В нагрузке формируется напряжение с частотой, определяемой схемой управления. Форма напряжения зависит от Rн (при больших Rн она ближе к треугольной, при меньших Rн – к прямоугольной), величина – от Е, коэффициента трансформации и значения Rн. Напряжение на L равно разности между Uc (пересчитанным к половине первичной обмотки) и Е. В режимах, близких к холостому ходу, конденсатор заряжается неизменным током, причем Uc может достигать больших (много больше Е) значений, что опасно для тиристоров. В качестве схемы управления можно применять транзисторный симметричный мультивибратор с эмиттерными повторителями, подключенными к управляющим электродам тиристоров, питающийся от того же источника питания. Схема пригодна для E=12…250 В, Iн = 1…50А, f=10…2000 Гц. Последовательные инверторы в некоторых случаях применяются для получения переменного тока повышенной частоты (f= 2…50 кГц). Они имеют резонансную цепочку, с помощью которой производится коммутация вентилей. Схема работает следующим образом (рис. 5). При подаче управляющего сигнала открывается VD1, ток идет через L1, Rн, С. В следующий полупериод включается VD2 и конденсатор С, заряженный во время первого полупериода, разряжается через Rн, L2 и VD2. Схема может работать в нескольких режимах.  Рис. 5. Последовательный инвертор (а) и режимы его работы (б-г) В режиме прерывистых токов (рис. 5, б) VD1 выключается после спадания тока заряда конденсатора С, т. Е. до того момента, когда схема управления включает VD2 (и наоборот). В результате имеет место интервал времени, когда оба вентиля ток не проводят и Iн = 0. В режиме непрерывных токов (рис. 5, г) VD1 выключается в момент включения VD2, т. Е. есть состояние, когда ток проводят оба вентиля. Выключение VD1 при этом осуществляется за счет того, что при включении VD2 и прохождении тока разряда С через L2 в L1 формируется противо-ЭДС, достаточная для снижения тока открытого VD1 до нуля. Для этого необходимо, чтобы включение VD2 происходило тогда, когда ток через VD1 уже начал снижаться. В противном случае неизбежен режим „сквозного» тока через VD1, L1, L2 и VD2, т. Е. режим КЗ. Оптимальным является граничный режим (рис. 5, в), при котором форма тока в нагрузке близка к синусоиде. Такие инверторы целесообразно применять при постоянных значениях всех параметров, в том числе нагрузки, при этом обеспечивается достаточно жесткая внешняя характеристика. Так как при малых нагрузках инвертор может выпасть из режима, параллельно Rн включают С0 и инвертор превращается в последовательно-параллельный. Если подключить еще один конденсатор С1, то инвертор из однотактного превращается в двухтактный, в то время, когда заряжает С, разряжается С1 и наоборот. Это повышает эффективность работы схемы. Последовательные инверторы могут быть и многофазными. Список использованной литературы: . АА. Бокуняев. Электропитание устройств связи: Учебник для высших учебных заведений.- М.: Радио и связь 1988. С. 156-159. |