DC машина за заваряване. Автономен инвертор на напрежение. Принцип на действие

АВТОНОМНИ ИНВЕРТОРИ

Инверторнаречено устройство за преобразуване постоянен ток до променлива с постоянни или регулируеми стойности на изходното напрежение и честота. Ако инверторът работи на товар, който няма друг източник на енергия, той се нарича автономен. Автономните инвертори (AI) се използват за захранване на потребителите с променлив ток от акумулаторни батерии или други източници на постоянен ток, за електрическо задвижване с регулиране на честотата, в системи за директно преобразуване на енергия, например от горивни клетки, MHD генератори и др.

Основни изисквания за AI: максимална ефективност на преобразуване, минимални показатели за тегло и размер и цена, управляемост U н и Аз навън в доста широк диапазон, осигуряващ дадена форма на изходно напрежение, без прекъсвания в работата по време на претоварване и на празен ход и т.н.

Като превключващи елементи в автономни инвертори се използват транзистори, конвенционални и двуоперационни тиристори. Първите се използват в устройства с относително ниска мощност, вторите са най-удобни при напрежения AI и в регулирани инвертори. Конвенционалните тиристори понякога трябва да се използват заедно с принудителни превключващи вериги.

Всички AI могат да бъдат подразделени на няколко типа. Според схемата за преобразуване AI се различават по броя на фазите, веригата на захранването и някои други параметри, които ще бъдат споменати по-долу. Според метода на превключване на клапаните те могат да бъдат както следва:

инвертори, напълно включени управляващи вериги (на транзистори и DOT);

инвертори с превключващи кондензатори, свързани паралелно с товара;

серийни инвертори;

AI с двустепенна комутация, позволяваща регулиране на изходното напрежение.

Най-същественото разделение на автономните инвертори обаче е на два вида - автономни инвертори на напрежение (AVI) и AI ток (ANT), в зависимост от естеството на източника на захранване и връзката му с AI (освен това има резонансни AI, но те рядко се използват).

Автономен инвертор на напрежение.

AIN генерира променливо напрежение в товара чрез периодично свързване към източник на напрежение поради алтернативно двойно включване на клапаните (фиг. 1, а).

Захранването работи в режим на генератор на напрежение (акумулаторна батерия или токоизправител с капацитивен филтър), целта на кондензатора ще бъде допълнително обяснена.

Фигура: 1. Самостоятелен инвертор напрежение (а) и диаграма на работата му (б)

Портите трябва да бъдат напълно контролирани (DOT) или всеки тиристор е снабден с принудителна комутационна верига. Когато веригата работи върху товара, се образуват правоъгълни импулси на напрежение (фиг. 1, б) и формата на тока зависи от неговата природа. Ако натоварването е чисто активно, тогава формата на тока съвпада с формата на напрежението (пунктирана линия на фиг. 1, б), ако натоварването е активно индуктивно, токът i н променя се експоненциално с времева константа

... При затваряне на следващата двойка клапани (например, VD1 и VD4 ) и отключване на напрежението на втората двойка U н рязко се променя и токът за известно време

запазва посоката си. За да се осигури преминаването на този ток, се използват така наречените обратни диоди. VD5... VD8, тогава токът се затваря през кондензатора ОТ.

Честотата на тока в товара се определя от управляващата верига, характеристиката на натоварване на AVI е твърда, тъй като напрежението в товара е практически равно на U н \u003d Е.

Тъй като входният ток на самия инвертор става (при RL- натоварване) редуващи се, тогава когато AVI работи от токоизправител, е необходим кондензатор ОТголям капацитет. AVI може да работи в широк диапазон от товари - от празен ход до стойността, при която клапаните могат да бъдат претоварени.

Максималната стойност на тока на натоварване със симетричен характер на изходното напрежение е

,

Където

;

;Т-период.

Можете да регулирате напрежението на изхода на AVI, или чрез промяна Е., или използвайки контрол на широчината на импулса. Последното се извършва по няколко начина: 1) всеки импулс на напрежение в товара се формира от няколко, които променят продължителността си (фиг. 2, а); 2) намаляване на времето за работа на AVI във всеки полупериод чрез затваряне на една двойка клапани и включване на втората двойка със закъснение (фиг. 2, б); 3) използването на два инвертора, работещи на общ товар чрез трансформатор с геометрично добавяне на изходни напрежения чрез управление на фазата в управляващите вериги (фиг. 2, в). В първите два случая амплитудите на висшите хармоници се увеличават, но в първата версия може да се получи изходно напрежение, близко до синусоидална форма.

Фигура: 2. Регулиране на напрежението в AIN

Автономен токов инвертор.

AIT (фиг. 3) получава мощност от източник на енергия чрез достатъчно голяма индуктивност, така че токът, консумиран от инвертора, практически не се променя. При последователно превключване на двойки тиристори (които не се заключват) в товара се образуват правоъгълни токови импулси, а формата на напрежението зависи от естеството на товара, който по правило е активно-капацитивен. По метода за свързване на кондензатора към товара AIT се нарича успореден.

Както се вижда от фиг. 3, при следващото превключване на двойки тиристори (например, VD1 и VD4, и са включени от управляващата верига VD2 и VD3 ) през товара, токът се променя рязко и поради презареждане на кондензатора ОТпрез определен интервал от време, работещите преди това тиристори са под обратно напрежение и, естествено, са заключени. Необходимо е този интервал да е по-дълъг от времето на изключване на тиристора. Колкото по-голяма е временната константа

, колкото по-бавно се променя напрежението в товара, законът за неговото изменение се приближава линейно, а формата - към триъгълна. Външната характеристика на AIT е мека (стръмно падаща), режимът на празен ход е невъзможен.

Фигура: 3. Автономен токов инвертор (а) и неговата работна схема (б)

Относителната стойност на напрежението върху товара и вида на външната характеристика могат да бъдат приблизително намерени от формулата

където - Ефективност на AIT;

.

Трябва да се отбележи, че при активно индуктивно натоварване AIT не работи и такъв товар трябва да се шунтира от кондензатор.

Тъй като на практика е трудно да се осигури

за AIT или

ОТза AIN реалните вериги имат някои междинни качества.

За захранване на относително ниска мощност на еднофазно натоварване с напрежение, значително различно от захранващото напрежение, е удобно да се използва схема, в която една двойка тиристори е заменена от полуобмотки на трансформатор и тя сама позволява U н и U н (фиг. 4).

Фигура: 4. Паралелен транзисторен инвертор

Когато е включен, например, VD1 ток тече от захранването през L, полувитка W1 трансформатор Tr и VD1. Във вторичната намотка се индуцира ЕМП и в товара се появява ток. Превключващ кондензатор ОТсе зарежда почти двойно от мрежовото напрежение (поради ЕМП на самоиндукцията в намотката W2). Когато контролната верига на SU ще се включи VD2, кондензаторът се оказва свързан паралелно VD1, той незабавно се заключва (тъй като се подава напрежение в посоката на заключване) и процесът се повтаря.

Товарът генерира напрежение с честота, определена от управляващата верига. Формата на напрежението зависи от R н (за големи R н тя е по-близо до триъгълна, с по-малка R н - до правоъгълна), стойност - от Е,коефициент на трансформация и стойности R н .

Напрежение включено L е равно на разликата между U ° С (преобразувано в половината от първичната намотка) и Д.В режими, близки до празен ход, кондензаторът се зарежда с постоянен ток и U ° С може да достигне големи (много повече Д)стойности, което е опасно за тиристорите.

Като верига за управление можете да използвате транзисторен симетричен мултивибратор с емитерни последователи, свързани към управляващите електроди на тиристорите, захранвани от същия източник на захранване. Веригата е подходяща за Е.= 12 ... 250 V, Аз н \u003d 1 ... 50A, е\u003d 10 ... 2000 Hz.

Понякога се използват серийни инвертори за получаване променлив ток повишена честота ( е\u003d 2 ... 50 kHz). Те имат резонансна верига, с която се превключват клапаните. Веригата работи по следния начин (фиг. 5). Когато се приложи контролен сигнал, той се отваря VD1, ток тече през L1, R н , ОТ.През следващия полупериод се включва VD2 и кондензатор ОТ,заредена през първия полуцикъл, разредена след R н , L2 и VD2. Веригата може да работи в няколко режима.

Фигура: 5. Сериен инвертор (a) и режими на неговата работа (b-d)

В режим на периодични токове (фиг. 5, б) VD1 изключва се, след като кондензаторният ток на заряд падне ОТ, т.е. до момента, в който схемата за управление включва VD2 (и обратно). В резултат на това има интервал от време, когато и двата клапана не провеждат ток и Аз н = 0.

В режим на непрекъснати токове (фиг. 5, г) VD1 изключва се, когато е включен VD2, тоест има състояние, когато и двата клапана провеждат ток. Изключвам VD1 в този случай се извършва поради факта, че когато включите VD2 и преминаването на разрядния ток ОТпрез L2 в L1 образува се обратна ЕМП, достатъчна за намаляване на отворения ток VD1 до нула. За това е необходимо включването VD2 настъпи, когато токът през VD1 вече започна да намалява. В противен случай режимът на "чрез" ток през VD1, L1, L2 и VD2 , т.е. режим на късо съединение.

Оптималният е граничният режим (фиг. 5, в), при който формата на тока в товара е близка до синусоида. Препоръчително е да се използват такива инвертори при постоянни стойности на всички параметри, включително натоварването, като същевременно се осигурява доста твърда външна характеристика. Тъй като при ниски натоварвания инверторът може да изпадне паралелно от режима R н включва ОТ 0 и инверторът се превръща в последователно паралелен.

Ако свържете друг кондензатор ОТ 1 , тогава инверторът от еднотактов се превръща в двутактов, докато се зарежда ОТ,освободен ОТ 1 и обратно. Това подобрява ефективността на веригата.

Серийните инвертори също могат да бъдат многофазни.

Инвертор в електрониката какво е това

Инвертор в електрониката и електротехниката е устройство за преобразуване на постоянен ток в променлив ток с регулируеми или постоянни стойности на напрежение и честота на изхода. Ако инверторът е проектиран за товар, който няма алтернативен източник на захранване, той се нарича автономен. Те са намерили широко приложение за захранване на потребители с променлив ток от акумулаторни батерии или други източници, за електрически задвижвания с честотен контрол, в различни системи за директно преобразуване на енергия, в заваръчни машини в енергетиката и медицинските технологии и др.

Концепцията за инвертор може да бъде разграничена отделно: това е логически елемент, който изпълнява логическа операция на отрицание (инверсия)

Работата на инвертора се основава на превключване на постоянен източник на напрежение с определена честота, за да се променя периодично полярността на напрежението на изхода на устройството. Честотата се задава от управляващи сигнали, генерирани от специална верига, наречена контролер. Той може да изпълнява и следните функции: регулиране на нивото на напрежението, синхронизация на честотата на превключване, защита от претоварване и др.

Според принципа на работа инверторите могат да бъдат разделени на:

Автономна са разделени на инвертори на напрежение (AVI), например - в компютърни UPS и токови инвертори (AIT)
Пристрастен - задвижвани от мрежата, например - рентгенов преобразувател на мощност.

Всички видове транзистори, както и стандартни и двуоперационни тиристори, се използват широко в ролята на превключващи елементи в автономни инвертори (AI). Транзисторните превключватели на биполярни и полеви транзистори се използват в устройства с малка и средна мощност. Тиристорите често се използват във вериги с висока мощност.

Всички AI могат да бъдат разделени на няколко вида.

Според схемата за преобразуване: еднофазни, трифазни, разнообразни схеми на захранване и някои други свойства.
Чрез превключващ метод: напълно комутирани в управляващи вериги и с комутиращи кондензатори успоредно с товара и в последователни инвертори с двустепенна комутация
И също AI напрежение (AIN) и ток (ANT) в зависимост от относно вида на източника на захранване и връзката му с AI

Самостоятелен инвертор на напрежение (AVI)

Устройствата от този тип генерират променливо напрежение в товара, като периодично го свързват към източник на напрежение чрез последователно свързване на клапаните по двойки, вижте фигурата по-долу.

Захранването работи като генератор на напрежение (батерия или токоизправител с капацитивен филтър).

Всеки тиристор е снабден с комутационна верига. Когато веригата работи на товар, се формират правоъгълни импулси на напрежение и текущата форма зависи от естеството на товара. Ако е чисто активен, тогава формата на токовите импулси повтаря формата на напрежението (пунктирана линия на диаграмата), ако натоварването е активно индуктивно, токът i n се изменя експоненциално с времева константа:

Когато следващата двойка тиристори е заключена (VD1 и VD4), а другата се отвори, Un се променя внезапно и токът продължава да поддържа посоката си известно време. За да се осигури потокът на този ток, са необходими обратни диоди VD5-VD8, след което токът се затваря през кондензатора C.

Честотата на тока в товара се задава от управляващата верига, характеристиката на натоварване на инвертора е твърда, тъй като напрежението в товара е Un \u003d E.

Следователно входният ток на AVI ще бъде (с RL товар) променлив, тогава когато AVI работи от токоизправителя, се изисква кондензатор с голям капацитет. Такава верига може да работи при огромен обхват от товари - от обороти на празен ход (XX) до стойности, при които е вероятно претоварване на клапаните.

Максималните нива на ток в товара със симетричен характер на изходното напрежение ще бъдат:

I nmax \u003d I 0 × (1-e -T / 2τ / 1 + e -T / 2τ)

Къде, I 0 \u003d E / R n; τ \u003d Ln / Rn; Т - период

Възможно е да се регулира напрежението на изхода на инвертора, или чрез промяна на E, или чрез управление на широчината на импулса. Последното може да се направи по няколко начина:

всеки импулс на напрежение в AVI товара се формира от няколко, които променят продължителността си (Фигура а);
намаляване на времето за работа във всеки полупериод чрез затваряне на една двойка тиристори и включване на другата двойка със закъснение (Фигура b);
Използването на 2 инвертора, работещи на общ товар чрез трансформатор с геометрично добавяне на изходните напрежения чрез регулиране на фазата в управляващите вериги (c).

В първите два варианта амплитудите на висшите хармоници се увеличават, но в първия случай може да се получи изходно напрежение, близко до синусоидална форма.

Автономен токов инвертор (AIT)

Веригата се захранва чрез голяма индуктивност, така че текущата консумация остава практически непроменена. При последователно превключване на двойки ventel (не се заключва) в товара се генерират правоъгълни токови импулси и формата на напрежението зависи от естеството на товара, който обикновено е активно-капацитивен.

Както може да се види от диаграмата по-долу, при следващото превключване на тиристорите (например VD1 и VD4 са работили и VD2 и VD3 са включени) през товара, токът се променя рязко и поради презареждането на капацитета C през определен интервал от време, предишните работещи тиристори ще бъдат под обратно напрежение и следователно са заключени ... Необходимо е да се гарантира, че този интервал е по-дълъг от времето на изключване на полупроводниковия клапан. Колкото по-голяма е временната константа на тау, толкова по-бавно се променя напрежението в товара, законът за неговото изменение на практика се приближава до линейна и формата на импулсите има тенденция към триъгълна. Външната характеристика на токовия инвертор е мека (стръмно падаща), режимът на празен ход е напълно невъзможен.

Относителната стойност на напрежението в товара и външен вид характеристиките могат да бъдат грубо изчислени по формулата:

Трябва да се добави, че при активно индуктивно натоварване устройството не работи и такъв товар трябва да се шунтира с кондензатор.

Тъй като в реални условия е трудно да се осигури L \u003d ∞ или C \u003d ∞, реалните AIN и AIT схеми имат някои междинни свойства.

За захранване на еднофазно натоварване с ниска мощност с напрежение, което е значително различно от нивото на източника на захранване, е удобно да се използва схема, в която една двойка полупроводникови клапани е заменена от полунамотки на трансформатора и тя сама ви позволява да съвпадате с U n и U n

Когато клапанът VD1 е включен, токът протича от захранването през индуктивността, полунамотката на трансформатора W1 и самия VD1. Във вторичната намотка се индуцира ЕМП и в свързания товар се генерира ток.

Капацитетът на превключване C се зарежда почти до нивото на двойно напрежение в мрежата (поради възникващата EMF на самоиндукция в W2). Когато управляващата схема на SU включи втория тиристор, кондензаторът е свързан паралелно с VD1, който е заключен и алгоритъмът на работа се повтаря.

Товарът генерира напрежение при честота, определена от управляващата верига. Формата на напрежението зависи от съпротивлението на натоварване Rн (при големи стойности тя е по-близо до триъгълна, при по-ниските - до правоъгълна), стойността е от коефициента на трансформация, E и стойността на R n.

Напрежението в индуктора се определя от разликата между U c (преизчислена до половината от първичната намотка) и E. В режими, близки до XX, капацитетът се зарежда с постоянен ток и U c може да достигне огромни (\u003e E) стойности, което е опасно за полупроводниковите елементи.

В ролята на управляваща верига можете да използвате транзисторен симетричен мултивибратор с емитерни последователи, свързани към управляващите електроди на тиристорите, захранвани от същото захранване.

Последователните инвертори в някои случаи се използват за получаване на променлив ток с честота (f \u003d 2 ... 50 kHz). Те имат своя собствена резонансна верига, с помощта на която се превключват тиристорите. Веригата на фигурата по-долу работи по следния начин. Когато се подаде управляващият сигнал, VD1 се отваря, токът протича през L1, Rn, C. В следващия полуцикъл тиристорът VD2 се включва и кондензаторът C, зареден през първия полупериод, се разрежда през Rn, L2 и втория тиристор. Веригата може да работи в няколко режима.

В режим на прекъсващ ток (виж графика б), VD1 се изключва, след като зарядният ток на кондензатора C падне, т.е. до момента, в който управляващата верига включи втория тиристор (и обратно). В резултат се появява интервал от време, когато и двата тиристора не провеждат ток и In \u003d 0.

В режим на непрекъснат ток (графика, d), първият тиристор е изключен в момента, в който VD2 е включен, тоест се появява състояние, когато и двата тиристора преминат тока. В този случай VD1 е изключен поради факта, че когато VD2 е включен и разрядният ток на кондензатора протича през L2, в L1 се генерира обратна ЕМП, достатъчна за намаляване на отворения ток на първия тиристор до нула. Това изисква VD2 да се включи, когато токът през VD1 вече е започнал да пада. В противен случай режимът на "преминаващ" ток, протичащ през VD1, L1, L2 и VD2, е неизбежен, т.е. режим на късо съединение.

Оптималният режим се счита за граничен режим (графика, c), при който формата на тока в товара има тенденция да синусоидална. Препоръчително е такива инвертори да се използват при постоянни стойности на всички параметри, включително товара, като същевременно се осигурява твърда външна характеристика. Тъй като при ниски натоварвания инверторът може да изпадне от режим, кондензатор C 0 е свързан паралелно с R n и инверторът се превръща в последователно паралелен.

Ако свържете друг кондензатор C1, тогава инверторът се трансформира от еднотактово в push-pull, докато C се зарежда, C1 се разрежда и обратно. Това значително увеличава ефективността на веригата. Серийните инвертори също са многофазни.

Инверторите са преобразуватели в постоянен ток. Основните елементи на инверторите (и преобразувателите също) са комутационни устройства, които периодично прекъсват тока или променят посоката му. Инверторите се класифицират според типа комутационно устройство (транзистор или тиристор), според вида на преобразуваната стойност (инвертори на ток или напрежение), според принципа на превключване (автономно или задвижвано от мрежата). Транзисторните инвертори се използват при ниски мощности, ненадвишаващи стотици вата, тиристорните - при големи мощности и токове, достигащи стотици ампери.

В конверторните инсталации инверторният режим може да се редува с режим на токоизправител, особено в постояннотокови задвижвания. В моторния режим инверторът действа като токоизправител, прехвърлящ мощност към постояннотоковия двигател. Когато електродвигателят превключи в режим на генератор (понижаване на товара, шофиране надолу и т.н.), преобразувателят работи като инвертор, отделяйки енергията на генерирания постоянен ток електрическа кола, към мрежата за променлив ток. При инвертиране източник на постоянно напрежение работи като генератор на енергия, характеризиращ се с това, че посоката на тази ЕМП и ток съвпадат, а натоварването с променлив ток - като консуматор, чиито ЕМП и ток са противоположни.

Инвертори, управлявани от мрежата. Фигура 3.41 показва еднофазна инверторна верига с пълна вълна с нулев изход. Тиристорите се отключват последователно от управляващата верига на всеки половина от периода a \u003d p и се заключват от вторично напрежение U 2 трансформатора, генерирани от мрежата. Следователно инверторът се нарича роб. Към Е. тиристорите са включени в посока напред. Волтаж U 2-1 , U 2-2 на вторичните намотки периодично сменят знака, като в половината от периода се сумират с Е., а в другата - чрез изваждане от нея. Енергията се прехвърля от инвертора към AC мрежата, когато посоката на тока i 2 и променливо напрежение U 2 са противоположни, т.е. кога и U 2 и Е. брояч.

Процесът на обръщане е възможен само когато U 2 > Е.... В обърнат режим U 2 (U 1) и Аз 2 (Аз 1) са антифазни, което е индикатор за пренос на енергия към мрежата.

За a \u003d 0 (в общия случай за 0< a < p/2) инвертор может работать как выпрямитель.

За да прехвърлите верига от режим на коригиране в режим на инвертиране, трябва:

1) свържете постоянен източник на ток с полярност, противоположна на режима на коригиране;

2) осигурете отварянето на тиристорите с отрицателна полярност на напрежението на полунамотките U 2-1 , U 2-2 .

Но ако следващият тиристор е отключен точно под контролния ъгъл a \u003d p, тогава другият тиристор няма да има време да се затвори, тъй като времето на затваряне е равно на т изключен тиристор. След това за известно време т от късо съединение се образува по веригата: вторична намотка - фиксиращ тиристор - източник Е.... Това явление се нарича инверторна стойка или инверторно преобръщане. За да се избегне този нежелан процес, е необходимо да се направи ъгълът на управление по-малък от p на някакъв ъгъл б, наречен ъгъл на напредване при отключване - фиг. 3.42.

Ъгълът на напредване трябва да е достатъчен за преминаване на тиристорните токове (период на превключване γ) и така че след превключването затварящият тиристор да има време да възстанови блокиращите си свойства.

Мощността, подавана към мрежата от инвертора, може да се регулира по 3 начина: чрез промяна на оловния ъгъл при константа Е.; чрез промяна на захранващото напрежение Е. с постоянен аванс б Промяна на променливото напрежение U 2 .

Самостоятелен токов инвертор е показан на фиг. 3.43. Захранването E работи в режим на източник на ток поради наличието на дросел L o голяма индуктивност. Тиристори т 1 , т 2 се отварят последователно чрез задействане на импулси U вход 1, U вход 2, идващ от системата за управление.

Отворен тиристор т 1 свързва лявата половин намотка в чертежа w 1-1 към захранването Е. и в него възниква течение i t1. Този ток предизвиква ЕМП във втората (дясна) полувитка w 1-2 и във вторичния w. Кондензатор ОТ k, се зарежда, за да удвои стойността на захранващото напрежение E. След пристигането на входния контролен импулс U вход 2 тиристор т 2 се отваря и напрежението на кондензатора изключва първия тиристор т 1. Кондензатор ОТ до, изпускания през първичната намотка и за известно време ( т изключен) - през двата отворени тиристора. Веднъж тиристорът т 2 ще се затвори, разреждане ОТ до, спира и започва да се презарежда до 2 Е. различна полярност.

В режим на празен ход, при превключване на тиристори могат да възникнат големи пренапрежения, които да повлияят неблагоприятно на тиристорите и кондензатора. За да се предотврати това, се използва подобрена схема с прекъсващи диоди.

Тиристорни инвертори - това са устройства, които работят на автономен товар и са предназначени да преобразуват постояннотоковото напрежение в променливо напрежение на дадена или регулируема честота. Чрез обръщане наречен процес на преобразуване на постоянна енергия в променлива енергия (фиг. 1).

Фиг. 1 Диаграма на DC и AC.

Приложение:

1. В системите за захранване на потребителите с променлив ток, когато единственият източник на енергия е източник на постояннотоково напрежение (например: акумулаторна или слънчева батерия).

2. В системи с гарантирано захранване в случай на прекъсване на електрозахранването (например: за лични нужди на електроцентрали, компютри).

3. За честотно регулиране на скоростта на асинхронните двигатели.

4. За захранване на променливотокови потребители от постояннотокови захранващи линии.

5. В преобразуватели за преобразуване на постоянно напрежение на една стойност в постоянно напрежение на друга стойност.

Превключващите елементи в инверторите са тиристори или силови транзистори.

Инверторите се класифицират на:

1. Самостоятелни инвертори и честотни преобразуватели.

2. Инвертори, задвижвани от мрежата.

Самостоятелни инвертори и честотни преобразуватели.

Самостоятелни инвертори са устройства, които преобразуват постоянен ток в променлив с постоянна или регулируема честота и работят на автономен товар. За разлика от инверторите, задвижвани от мрежата, самостоятелният инвертор от страната на променлив ток няма друг източник на енергия със същата честота, освен самия инвертор.

Честотни преобразуватели са устройства, които преобразуват променлив ток от една честота в променлив ток от друга честота.

ДА СЕ автономни инвертори и честотни преобразувателиработа в определена инсталация, се налагат следните изисквания:

1) осигуряване на максимална ефективност;

2) минималната инсталирана мощност на отделни възли и елементи;

3) възможността за широко регулиране на изходното напрежение;

4) осигуряване на стабилността на изходното напрежение при промяна на величината и характера на товара, както и на входното напрежение;

5) осигуряване на синусоидална или близка до синусоидалната крива на изходното напрежение;

6) възможността за регулиране в определени граници на изходната честота, което е необходимо преди всичко при инсталации на електрическо задвижване на клапана;

7) отсъствието на прекъсвания на инверсията по време на претоварване;

8) възможност за работа в режим на празен ход;

9) осигуряване на максимална надеждност и стабилност. Естествено, изискванията за самостоятелни инверторни вериги зависят от конкретното предназначение на инвертора. Следователно трябва да се избере оптималният вариант на инверторната верига, като се вземе предвид режимът на работа на подаваните от нея товари.

Самостоятелните инвертори могат да бъдат класифицирани на следните основни основания:

1) според схемата за преобразуване;

2) по метода на превключване (заключване);

3) по начина на управление;

4) от естеството на потока на електромагнитните процеси.

Има следните основни вериги за преобразуване:

1) единичен клапан (фиг. 2.1, и);

2) еднофазни с нулев изход (Фигура, 2.1, б);

3) еднофазни с нулев терминал на захранването (фиг. 2.1, в);

4) еднофазен мост (Фигура 2.1, г);

5) трифазен мост (фиг. 2.1, д);

6) трифазен с нулев изход (фиг. 2.1, д).

Всички останали схеми са производни на изброените групи. Мостовите вериги са най-широко използвани в преобразувателната технология. Автономните инвертори могат да бъдат разделени на няколко групи според метода на превключване.

Фигура: 2 .1. Схеми за преобразуване

Инвертори с индивидуална комутация. Превключващото устройство на инвертора служи за блокиране на един тиристор (рамо на вратата) на инвертора. Този тип инвертор включва инвертори на напълно контролирани клапани - двуоперационни тиристори и силови транзистори.

Инвертори с фазово превключване. Превключващото устройство на инвертора се използва за блокиране на алтернативно тиристорите на две рамена на клапана, свързани с една фаза на инвертора.

Инвертори с групова комутация. В такива инвертори отделно превключващо устройство служи за блокиране на всички рамена на клапаните от една група (анод или катод).

Често комутирани инвертори. Превключващото устройство е общо за всички рамена на затвора на инвертора. Превключващото устройство на инвертора съдържа един превключващ кондензатор.

Инвертори с комутация между клапаните. При такива инвертори всеки работещ тиристор се изключва, когато се отключи следващият тиристор от друга фаза, но от същата група, следващ по реда на работа.

Фазови инвертори. Превключващото устройство на инвертора се използва за блокиране на алтернативно два тиристора с различни фази.

Според метода на управление инверторите се разделят на инвертори със самовъзбуждане и с външно (независимо) възбуждане.

В самовъзбуждащите се инвертори управляващите импулси, подавани към тиристорите, се формират от изходното напрежение на инвертора. Честотата на изходното напрежение се определя от параметрите на натоварване.

В инвертори с независимо вълнение управляващите импулси се формират от външен генератор, който задава честотата на изходното напрежение. Поради факта, че честотата на изходното напрежение не зависи от параметрите на товара, този тип инвертор е най-широко използван в преобразувателната технология.

В зависимост от характеристиките на потока на електромагнитните процеси автономните инвертори могат да бъдат разделени на три основни типа: токови инвертори (Фиг. 2.2, а); инвертори на напрежение (Фиг. 2.2, в); резонансни инвертори (Фиг. 2.2, д).

Инверторите за ток се характеризират с факта, че образуват ток в товара ( i out) и формата и фазата на напрежението зависят от параметрите на натоварване.

Източникът на постоянен ток работи в режим на токов генератор, за който във входния кръг е включен реактор L d с висока индуктивност. В допълнение, реакторът L d изпълнява функциите на филтър с по-високи хармонични напрежения, тъй като разликата между постоянното напрежение на източника на захранване и пулсационното напрежение на входа на инвертора се прилага към него по всяко време; предотвратява разреждането на кондензатора към източника на захранване по време на превключване на тока в тиристорите и осигурява апериодичния режим на работа на инвертора, който е характерен за малки пулсации на входния ток. Трябва да се отбележи, че когато инверторът се захранва от източници с характеристики, близки до текущия източник, дроселът L d може да отсъства.

Инверторът на тока трябва да осигурява режим на работа, при който между анода и катода на затворения тиристор се поддържа отрицателно напрежение за известно време, което е необходимо за възстановяване на блокиращите свойства на тиристора. Този път т off се нарича време на затваряне (фиг. 2.2, б).

При активно-индуктивния характер на потребителя балансът на реактивната мощност се осигурява чрез превключващи и компенсиращи кондензатори. Кондензаторите по отношение на товара могат да бъдат свързани паралелно, последователно, последователно паралелно.

Инверторите за ток се характеризират с енергиен обмен между превключващи и компенсиращи кондензатори, включени в веригата на променлив ток, реактивност на веригата на натоварване и дросел L d във веригата на входния ток.

В режим на празен ход инверторът на тока не работи поради увеличаване на амплитудата на обратното и предното напрежение на тиристорите. При претоварване работата му е трудна поради недостатъчно време за възстановяване на блокиращите свойства на тиристорите. Токовите инвертори имат почти синусоидално изходно напрежение, относително ниско пулсации на входящия ток, способността да обръщат посоката на силовия поток без промяна на посоката на тока (при превключване в режим на токоизправител). Външната характеристика на токовия инвертор е мека.

Фигура: 2.2. Еднофазна мостова верига на токовия инвертор ( и) и инвертор на напрежение ( в); времеви диаграми на тока и напрежението на изхода на токовия инвертор ( б), преобразувател на напрежение ( r) и резонансен инвертор ( д) с активно индуктивно натоварване

Инверторите на напрежението формират напрежение в товара, а формата и фазата на тока зависят от естеството на товара. Захранването на инвертора на напрежение работи в режим на генератор на напрежение. Ако инверторът се захранва от токоизправител, тогава на входа му се поставя достатъчен кондензатор голям капацитет за да се осигури проводимостта на източника на постоянно напрежение в обратна посока. Това е необходимо, когато товарът съдържа реактивни елементи от всякакъв тип. Чрез обратен токоизправител (D1 ... D4) обменът на енергия се извършва между съхраняващите блокове, включени в товара, и източника на енергия или кондензатора От 0и в многофазни инвертори - също обмен на енергия между фазите на натоварване. Кондензатор От 0 изпълнява функциите на филтър от по-високи хармонични токове, тъй като разликата между изходния и постоянен входен ток в рамките на половин период протича през него. Инверторът на напрежението може да работи на празен ход. Работоспособността на преобразувателя на напрежение в режим, близък до късо съединение, се определя от превключващите свойства на напълно контролирани клапани или възприетия метод на превключване и параметрите на превключващите елементи на конвенционалните тиристори. Преобразувателите на напрежение са ефективни, имат малки промени във формата на кривата и големината на изходното напрежение, когато изходната честота се променя в широк диапазон. Процесите на превключване в тях имат малък ефект върху формата на кривата на изходното напрежение, а инсталираната мощност на превключващите елементи е относително малка. Външната характеристика на инвертора на напрежение е твърда.

Основните области на приложение на инверторите за ток и напрежение са: честотни преобразуватели, стабилизирани от изходните параметри; вторични захранвания с променлив ток; инсталиране на честотно контролирано електрическо задвижване.

В резонансните инвертори натоварването, което по правило има значителна индуктивност, образува трептяща верига с резонанс на напрежение с реактивните елементи на инверторната верига. Тиристорите на инвертора се изключват поради плавното падане до нула на анодния ток на тиристора (ток на трептящата верига) при всеки полупериод (фиг. 2.2, д). Естествената честота на веригата в резонансните инвертори трябва да бъде по-висока или равна на работната честота на инвертора. Кондензаторите, които са част от трептящата верига, могат да бъдат свързани последователно с товара, паралелно на него или последователно паралелно, и дроселите във веригата на входния ток, в анодните вериги на клапаните или последователно с товара.

Резонансните инвертори се характеризират с интензивен енергиен обмен между устройствата за съхранение, които изграждат веригата. Резонансните инвертори могат да се захранват от източници, работещи в генераторния режим. и т.н. или ток. Инвертори, захранвани от генератор. и т.н., се наричат \u200b\u200bинвертори с отворен вход и захранвани от токов генератор - със затворен вход.

Резонансните инвертори имат почти синусоидална форма на напрежение и ток в товара, плавно покачване (в повечето вериги без диодни диоди) и спад на тока през клапаните, което осигурява ниски загуби на комутационна мощност в последния. Препоръчително е този тип инвертори да се използват при повишени честоти на изходното напрежение (единици kHz, десетки kHz).

Трябва да се подчертае, че специфичните схеми на автономните инвертори често имат едновременно признаци на различни класификационни групи, в зависимост от съотношението на параметрите, режима на работа и т.н.

Инвертори, управлявани от мрежата.

Подчинени инвертори (VI) работят в мрежа, която има други източници на електричество. Превключващите клапани в тях се извършват от енергията на тази мрежа. Честотата на изхода VI е равна на мрежовата честота, а напрежението е равно на мрежовото напрежение.

Принципът на действие на инвертора, задвижван от мрежата може да се разгледа на примера на най-простия еднофазен инвертор показано на фиг. 3, и. Схемата съдържа източник на постоянно обърнато e . и т.н. U d... серия, която включва тиристор IN, дросел L d и изходен трансформатор Tr... Първична намотка Tr свързан към мрежа с променлив ток, която създава напрежение на вторичната намотка u 2... По отношение на тиристора IN това напрежение периодично променя знака, в една част от периода, събиращ се с напрежението U dв другата - чрез изваждане от нея. По отношение на обърнатото напрежение, тиристорът IN винаги включен в проводящата посока.

Енергията се прехвърля от инвертора към AC мрежата, когато посоките на инвертирания ток i B и променливо напрежение u 2; са противоположни, т.е.кога u 2 и U d брояч.

Процесът на обръщане е възможен, ако U 2 m\u003eU d.За да обърнете е необходимо да отворите тиристора до момента О 1, когато анодното напрежение е дори по-голямо от нула. Това важи за всички ъгли на управление r< < 0 , където r е граничният ъгъл на управление, при който се постига максималният режим на работа на инвертора.

Фигура: 3 Схеми на еднофазен (а) и двуфазен (б) инвертор, задвижван от мрежата; времеви диаграми на токове и напрежения (b, d), семейство входни характеристики на инвертора (e).

Пренебрегвайки загубите във веригата, човек може да пише

където x d - реактивно съпротивление контур.

От уравнението следва, че скоростта на промяна на тока i B ще бъде право пропорционална на разликатаU d -u 2.

Ако ,, ток i B се увеличава (фиг. 3, б). Кога U d -u 2 \u003d 0 i B достига максимум при U d -u 2 < 0 i B намален и поддържан от енергията, съхранявана в индуктивността на дросела L d... Продължителността на тиристора след точка О 1 се определя от времето, през което тази енергия ще се разсейва. Количеството на натрупаната енергия е пропорционално на площите S 1и S 2и разпръснати - S 1 ' и S 2 '... Следователно прекъсването на тока в инверторната верига се определя от момента, когато при даден ъгъл на управление и двете области ( S 1 и S 1 ' или S 2 и S 2 ') стават равни помежду си.

При промяна на ъгъла на управление към неговото намаляване, площта S 1 ще се увеличава през цялото време. В съответствие с това площта също трябва да се увеличи S 1 '... Въпреки това, растежът на тази област при посочените стойности U 2 м и U d ограничена от участък от синусоида O 1 ...O 1 "... Веднага след като целият резерв на тази зона бъде изразходван, тиристорът, след като бъде включен, вече няма да може да се изключи и от точката O 1 ' токът му ще започне да се увеличава отново под въздействието на напрежението U d -u 2 \u003e 0, инверторът ще премине в режим на късо съединение. Точка O 1 ', който определя границата на стабилната работа на инвертора, се нарича граница,

Загубата на стабилност от инвертора (преобръщане) в реални инвертори настъпва по-рано, отколкото се определя от точката O 1 ", тъй като за възстановяване на блокиращите свойства на тиристора след изключването му е необходим определен период от време () за резорбция електрически заряди в п-н-преходи. Следователно, в истинска инверторна верига, тиристорът трябва да се изключи по-рано с ъгъл от точката O 1 ", и този аванс винаги трябва да съответства на най-тежкия режим на работа на тиристора, при който \u003d макс.

Подобна картина може да се получи, ако \u003d const, a U d\u003d вар.

Разглежданата схема съдържа същите елементи като управлявания токоизправител, работещ на брояча. и т.н. с. Ролята на брояча обаче. и т.н. с. в инверторен режим не U d, и променливото мрежово напрежение. За да се осъществи това, е необходимо да смените знака по време на прехода от режим на токоизправител към режим на инвертор. U d и увеличете контролния ъгъл отвъд границата.

В този случай връзките между основните параметри на веригата не се променят и следователно режимът на работа на инвертора ще бъде описан от същите уравнения като режима на работа на управлявания токоизправител, с разликата, че източникът U d действа в този случай не като консуматор, а като активен генератор на енергия. Благодарение на този източник се покриват всички загуби в инвертора. По този начин, след като определи своя д. и т.н. инвертор в режим на празен ход през U d получаваме:

където U x и U а - реактивни и активни загуби на напрежение.

В мрежово задвижван инвертор U x \u003e\u003e U а. Най-простият еднофазен инвертор, задвижван от мрежата, се характеризира с много ниски енергийни характеристики поради лошо използване на изходния трансформатор и значително изкривяване на текущата форма както на променливотоковото, така и на постояннотоковото напрежение. Поради тази причина задвижваните от мрежата инвертори обикновено са многофазни.

На фиг. 3, c, d представени двуфазна верига на инвертора и времеви диаграми на токове и напрежения, обясняващи работата му.

Избор на необходимите участъци от работното напрежение, при които се осигурява алтернативно преминаване на ток от тиристори В 1 и В 2 в рамките на всеки от периодите на променливо напрежение, се постига чрез избор на момента на отключване на тиристорите с помощта на управляващи импулси. Когато към тиристора се приложи контролен импулс В 1 малко преди фазовото напрежение И става отрицателен, този тиристор се отключва и пропуска ток главно при отрицателно фазово напрежение И.

Противоположна посока на отрицателно напрежение д 21 по отношение на анодния ток i 21 показва, че тази фаза получава захранване от източник на постоянен ток. Тази мощност в процеса на трансформация на тока се предава чрез вторичната и първична намотка трансформатор в мрежата еднофазен ток... Същият трансфер на мощност се случва през следващия полуцикъл през фазата IN вторична намотка, когато през нея и тиристора В 2 текущи потоци.

Прехвърляне (превключване) на ток от тиристора В 1 на тиристор В 2 възниква по същия начин, както в режим на токоизправител, за определен период от време, наречен ъгъл на превключване .

Ролята на тиристорите в инверсията на тока се свежда до ролята на превключватели, които последователно затварят веригата на източника на постоянен ток към една от вторичните намотки, а именно към тази, която осигурява най-отрицателното напрежение в тази част на периода. За да се осъществи естественото превключване на тока, характеризиращо се с преход на тока от един тиристор в друг, отключването на следващия тиристор трябва да стане с известен напредък спрямо началото на отрицателния полупериод. Този олово в ъглов размер се нарича оловен ъгъл.

Оловният ъгъл трябва да е достатъчен не само за да може да настъпи естествено превключване на тиристорните токове (ъгъл), но и така, че след превключване на токовете да остане достатъчен ъгъл до появата на положително напрежение, по време на което тиристорът, завършил своята работа, трябва да има време да се възстанови нейните заключващи свойства.

Ако ъгълът след превключване е по-малък от необходимия за възстановяване на блокиращите свойства на тиристора, тогава с появата на положително напрежение на анода на тиристора, който е приключил да работи, той се отключва отново и токът продължава да тече с положителен полупериод на променливото напрежение, което води до преобръщане на инвертора.

По този начин за нормална работа на инвертора е необходимо това

където е ъгълът на аванс (контрол), измерен от точката на пресичане на фазовите напрежения към аванса; т voss - време за възстановяване на управляващите свойства на тиристора.

Съотношението между токове и напрежения за подчинения инвертор може да бъде получено от съотношенията за подобна управлявана верига на изправител, в която вместо това се замества стойността (-).

Изразът за изчисляване на тока на инвертора е:

Средната стойност на входното напрежение на инвертора (собствена обратна ЕРС) се сумира от напрежението на отворената верига и нарастването на напрежението по време на периода на превключване:

Напрежението на празен ход се определя от израза:

(1)

Нарастването на напрежението поради явлението комутация е равно на:

или като функция на входния ток

(2)

От изрази (1) и (2) получаваме израза за входните характеристики на инвертора:

От израз (3) се вижда, че за разлика от външната характеристика на токоизправителя, където вторият член определя неговия спад с нарастващ ток, вторият член за инвертора определя покачването на входната характеристика. Увеличаване на входното напрежение U d b с увеличаване на входния ток Документ за самоличност b се дължи на добавянето на подложка към изходното синусоидално напрежение на празен ход.

На фиг. 3, д дадено е семейството входни характеристики на инвертора. Началните точки на ординатата съответстват на стреса Ход на празен ход... Горното ограничение на характеристиките се определя от стойностите на токовете, при които ъгълът след превключване под даден ъгъл става min, т.е. ъгъл, достатъчен за надеждно възстановяване на блокиращите свойства на тиристорите (). Точки A 1,A 2, A 3 на входните характеристики съответстват на ограничителните токове на натоварване Документ за самоличност b max и максимални напрежения U d b макс. Определяне на ограничителната характеристика на инвертора.

х характерни характеристики на инверторния режим следното:

а) инверторът може да бъде изграден само на контролирани клапани, тъй като към тях се прилага положително напрежение през по-голямата част от неработещия интервал;

б) ъгълът на отваряне а трябва да надвишава 90 °;

в) полярността на напрежението от страната на постояннотока е противоположна на полярността на токоизправителите;

г) в целия диапазон на изменение на тока на натоварване и входното напрежение трябва да бъде изпълнено следното условие:\u003e + мин.