Инверторы и преобразователи частоты

Инвертирование — преобразование энергии постоянного тока в энергию переменного тока. Термин «инвертор» происходит от латинского слова «inversio» — переворачивание, перестановка. Впервые этот термин в силовой электронике был введен для обозначения процесса, обратного выпрямлению. При этом поток энергии меняет свое направление на обратное и поступает от источника постоянного тока в сеть переменного тока. Такой режим был назван в противоположность выпрямительному режиму инверторным, а преобразователь инвертором, ведомым сетью. Последнее обусловлено тем, что коммутация его вентилей осуществляется под действием переменного напряжения внешней сети. Поскольку электрические параметры преобразователя в этом случае полностью определяются параметрами внешней сети переменного тока, его также иногда называют зависимым инвертором.

Принцип действия инвертора, ведомого сетью, рассмотрим на примере простейшей схемы, представленной на рис. 6.15. Допустим, что элементы схемы идеальные (см. § 6.2), а внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи АБ равно нулю.

Если вывод «плюс» батареи АБ соединен с катодом тиристора VS (как показано на рис. 6.15 штриховой линией), то схема может работать в выпрямительном режиме на нагрузку в виде противоЭДС. В этом режиме включение тиристора VS возможно при условии превышения ЭДС сети eab ЭДС, задаваемой аккумуляторной батареей. На рис. 6.15, б представлены диаграммы напряжений и тока, иллюстрирующие работу схемы в выпрямительном режиме. При допущении равенства нулю внутренних сопротивлений источников переменного и постоянного токов можно считать, что их напряжения равны ЭДС, т.е. eab = uab и Ed = Ud.

При подаче на тиристор управляющего импульса в момент  = 1 определяемый углом управления , тиристор включается и из сети в батарею АБ начинает поступать ток id. Благодаря сглаживающему реактору Ld, ток id будет плавно изменяться во времени, увеличиваясь, пока uab > Ud, и уменьшаясь при Ud > uab. В момент 3 (соответствующий равенству заштрихованных площадей на рис. 6.15, б) ток id становится равным нулю, а тиристор VS выключается. Протекание через тиристор тока id на интервале от 2 до 3, когда Ud > uab, обусловлено накоплением электромагнитной энергии в реакторе Ld. Далее рассмотренные процессы периодически повторяются, в результате чего батарея АБ будет заряжаться выпрямленным током (ток id направлен навстречу ЭДС, Ed — полюсу батареи).

Для перевода схемы в инверторный режим необходимо переключить тиристор VS или батарею АБ так, чтобы катод тиристора был соединен с выводом «минус» батареи. Рассмотрим инверторный режим более подробно.

Передача энергии от одного источника к другому происходит тогда, когда ток от отдающего источника направлен навстречу ЭДС источника, принимающего эту энергию. В рассматриваемом случае передача энергии в сеть от аккумуляторной батареи будет происходить, когда ЭДС сети eab направлена навстречу току id. На рис. 6.15, в представлены диаграммы напряжений и тока в элементах схемы для инверторного режима. Если в момент 1 на тиристор VS подать управляющий импульс, то тиристор включится, поскольку вплоть до момента 2 напряжение uab по абсолютному значению меньше напряжения Ud. Под воздействием разности напряжений Ud - uab в цепи начнет протекать ток id, противоположный по знаку напряжению сети uab. Наличие в схеме сглаживающего реактора Ld ограничивает скорость нарастания этого тока и его максимальное значение. За счет энергии, накапливаемой в реакторе, ток продолжает протекать через тиристор после того, как напряжение uab по абсолютному значению будет больше напряжения Ud и станет равным нулю в момент 3, соответствующий равенству заштрихованных областей на рис. 6.15, в.

Схемы зависимых инверторов по существу не отличаются от схем управляемых выпрямителей. Поэтому они могут рассматриваться как схемы реверсивных преобразователей, способных передавать электрическую энергию из сети в источник постоянного тока (выпрямительный режим) и наоборот (инверторный режим). Для этого необходимо изменить полярность источника постоянного тока по отношению к тиристорам и изменить алгоритм формирования импульсов управления.

Дата добавления: 2014-01-11