2.1 Однофазный мостовой инвертор. Силовая схема и принцип работы

Однофазный мостовой инвертор тока. Автономный инвертор тока (АИТ) представляет собой преобразователь энергии постоянного тока в энергию переменного тока, источник питания на входе которого обладает большим внутренним индуктивным сопротивлением, обеспечивающим постоянство потребляемого тока. Схема АИТ (рисунок 9) включает в себя мост тиристоров VT1--VT4, RL-нагрузку, конденсаторы C1, C2, отсекающие диоды VD1--VD4 и схему управления СУ. Коммутирующие конденсаторы выполняют функцию источников напряжения, прикладываемого в обратном направлении к тиристорам во время выключения, и обеспечивают обмен реактивной энергией с катушкой индуктивности нагрузки.

Рисунок 9 - Схема однофазного автономного инвертора тока с отсекающими диодами и временное диаграммы токов и напряжений

На интервале 0<щt<р проводят ток тиристоры VT1 и VT2. Ток нагрузки i>н протекает в соответствии с направлением, указанным на рисунке 9. Конденсаторы C1, C2 на этом интервале заряжаются так, что их левые обкладки положительны. Ток нагрузки постоянен, протекает по цепи VT1, VD1, LH, RH, VD2, VT2 и равен току источника IП = const, так как индуктивность L реактора велика. Напряжение нагрузки в данном состоянии цепей , напряжение на входе uп=uн=IпRН.

В момент щt - щt1, включаются тиристоры VT3, VT4 и под действием напряжения, созданного заряженными конденсаторами указанной полярности, происходит мгновенное переключение тока нагрузки с тиристоров VT1, VT2 на тиристоры VT3, VT4. К тиристорам VT1, VT2 прикладывается напряжение конденсаторов Uс в обратном направлении. Происходит первая ступень коммутации, в результате которой создаются условия для запирания тиристоров VT1, VT2. Напряжение на входе uп изменяется до значения uп = IпRН - uс1 - uс2, так как на интервале щt1 - щt3 ток нагрузки замыкается по цепи VT3, C1 VD1, Lн, Rн, VD2, С2, VT4. Напряжение на конденсаторах C1, C2 на этом интервале изменяется линейно в процессе перезаряда постоянным током iн = iп = const.

В момент щt2 конденсаторы полностью разряжены, и обратное напряжение, прикладываемое к тиристорам VT1, VT2, равно нулю. Начиная с момента щt2 к тиристорам прикладывается прямое напряжение. Интервал щt1 -- щt2 должен быть достаточным для восстановления тиристорами запирающих свойств.

В момент щt3 конденсаторы оказываются заряженными током противоположной полярности. Напряжение в этот момент равно: uc(щt3)=IпRН. Дальнейшее повышение напряжения приводит к смещению отсекающих диодов VD3, VD4 в прямом направлении, и начинается вторая ступень коммутации в инверторе, сопровождающаяся изменением направления тока в цепи нагрузки. Цепь нагрузки оказывается подключенной параллельно перезаряженным током обратной полярности конденсатором. Ток источника iп перераспределяется между нагрузкой и конденсаторами, дополнительно заряжая их и вызывая изменение направления тока iн. При этом ток диодов VD3, VD4 увеличивается до значения iп, а ток диодов VD1, VD2 уменьшается до нуля. Напряжение на входе инвертора возрастает и превышает значение IпRн.

В момент щt4 коммутация инвертора полностью завершается. Далее процессы повторяются.

Благодаря отсекающим диодам конденсаторы C1, C2 оказываются "отделенными" от нагрузки на интервале между коммутациями и не участвуют в энергообменномпроцессе. На интервале коммутации происходит обмен энергией между нагрузкой и конденсаторами. Емкость конденсаторов должна быть достаточной для обеспечения необходимого времени на запирание тиристоров. Емкость конденсаторов также определяет значение напряжения, до которого заряжаются конденсаторы. Это напряжение не должно быть слишком высоким, чтобы параметры тиристоров инвертора не завышать по напряжению.

В этой схеме внезапное изменение нагрузки или размыкание цепи вызывают высокие перенапряжения на входе инвертора, для предотвращения этого необходимо предусматривать специальную защиту. Короткие замыкания в цепи нагрузки не представляют большой опасности для тиристоров, так как ток ограничивается реактором с большей индуктивностью.