Инверторы, преобразователи напряжения и частоты

Инвертированием называют процесс обратный выпрямлению, т.е. получение переменного тока из постоянного. Инверторы подразделяются на ведомые сетью и автономные. Первые служат для передачи энергии в сеть с переменным током заданной частоты, а последние — для питания автономных приемников или сетей, и частота преобразования в них задается системой управления инвертором.

Инверторы, ведомые сетью. Если в схеме на рис. 4.5, б вместо нагрузки установить аккумулятор (Е) и индуктивность (L), включить их, как показано на рис. 4.15, в, то аккумулятор сможет питать через трансформатор внешнюю цепь переменного напряжения.

Рис. 4.15. Электрическая схема автономного инвертора

Процесс переключения тиристоров аналогичен процессу пере­ключения в выпрямителе. Например, примем, что к моменту време­ни t = 0 тиристор VS2 был открыт, а тиристор VS1 — закрыт. Переключения тиристоров задаются двумя последовательными им­пульсами управления с периодом повторения T, сдвинутыми на половину периода. Первый импульс управления Uу1откры­вает тиристор VS1, т.е. напряжение между его катодом и анодом становится равным нулю, и возникает ток в левой цепи трансформатора. На выходе другой ветви вторичной обмотки трансформатора второй импульс Uу2наводит отрицательное напряжение, запирающее тиристор VS2. Запирание ранее проводившего ток тиристора может произойти и раньше под действием переменного тока первичной обмотки трансформатора, что и определяет название инвертора — ведомый сетью.

Через половину периода под действием напряжения сети тиристор VS1 начнет запираться, а тиристор VS2 откроется под действием второго импульса управления. Таким образом, процесс переключения тиристоров начнет повторяться. При этом импульсы тока, возникающие во вторичной обмотке трансформатора, наводят ЭДС в его первичной обмотке, передавая энергию от аккуму­лятора в цепь переменного напряжения.

Инверторы часто применяют для питания двигателей постоянного тока от сети переменного тока. На транспорте такие двигатели могут работать и как генераторы, причем при использовании одного и того же устройства преобразования. Это устройство может служить и выпрямителем для обеспечения питания двигателя при движении транспорта на подъем, и инвертором для обеспечения использования энергии, генерируемой электродвигателем при движении транспорта на спуске. Мощность таких инверторов может достигать 100 кВт и более.

Автономные инверторы. Различают автономные инверторы тока и напряжения. Инверторы тока используются со сглаживающим фильтром большой индуктивности Lф(рис. 4.15), а инверторы напряжения подключают непосредственно к источнику питания.

Автономный инвертор работает почти так же, как инвертор, ведомый сетью, но его работа полностью определяется запускающими импульсами системы управления.

Преобразователи напряжения.Преобразователями постоянного напряжения (конверторами) называют устройства, изменяющие постоянное напряжение одного уровня в постоянное напряжение другого уровня. Конверторы основаны на импульсных устройствах, позволяющих осуществлять преобразование с минимальными поте­рями. Схемы преобразователей, работающих с понижением напря­жения, приведены на рис. 4.16.

Рис. 4.16. Схемы преобразователей постоянного напряжения с последовательным (а) и параллельным (б) включением электронных ключей

В схеме рис. 4.16, а используется источ­ник питания с напряжением ЭДС Е, электронный ключ S, диод VD, индуктивный элемент (дроссель) L и конденсатор большой емкости С. Ключ включается на время длительности импульса tис постоянной частотой f и периодом Т. За это время конденсатор заряжается до напряжения U_с= Uн. После прекращения импульса конденсатор разряжается через сопротивление нагрузки Rн. Так как постоянная времени CRн>> T, а индуктивность с конденсатором образуют LС-фильтр, выходное напряжение преобразователя изменяется мало и можно приближенно считать напряжение нагрузки Uн, как и ток в цепи нагрузки, постоянным. Регулирование напряжения на выходе преобразователя осуществляется изменением длительности tиимпульса, подаваемого на ключ S. Напряжение на выходе преобразователя определяется соотношением: Uн = Etи/T.

В схеме на рис. 4.16, б, содержащей источник питания с напряжением ЭДС Е, электронный ключ S включает импульсами длительностью tицепь с индуктивным элементом (дросселем) L с постоянной частотой f. За время tив дросселе L накапливается электромагнитная энергия. При отключении ключа конденсатор большой емкости С заряжается через диод VD напряжением индукции от дросселя L. В этом случае напряжение на выходе преобразователя определяется соотношением: Uн = E/(1 - tи/T).

В преобразователях малой и средней мощности (до 1 кВт) в качестве ключа используют биполярные и полевые транзисторы, а в преобразователях большей мощности — тиристоры.

Преобразователи частоты. Это устройства, преобразующие напряжение одной частоты в напряжение другой частоты. Обычно такое преобразование выполняется через выпрямление первичного напряжения с последующим инвертированием его в переменное напряжение другой частоты импульсным методом, используя включение электронного ключа с определенной частотой.