Резонансний інвертор

Термін резонансний інвертор об'єднує досить різноманітні схеми, загальною рисою яких є коливальний характер електромагнітних процесів. Тому до резонансних інверторів відносять і звичайний паралельний інвертор, який працює не в аперіодичному, а в коливальному режимі. Послідовний інвертор, який зазвичай працює в коливальному режимі, теж стосується резонансних інверторів. У той же час, коливальний характер електромагнітних процесів навіть у звичайному паралельному інверторі призводить до суттєвих відмінностей у роботі схеми, порівняно зі звичайним режимом. Принциповою перевагою будь-якого резонансного інвертора є сприятлива для роботи тиристорів, куполоподібна форма анодного струму, що призводить до істотного зниження комутаційних втрат завдяки перемиканню при низькому значенні струму, і дозволяє відчутно підвищити граничну частоту перетворювача.

Паралельний резонансний інвертор

Однофазний мостовий паралельний інвертор

Складники схеми

4 робочих тиристори, зібраних за однофазною мостовою схемою, в діагональ змінного струму вмикається коло навантаження, комутаційна індуктивність виноситься в коло постійного струму. Параметри опору навантаження, а також комутуючі елементи вибираються з умови забезпечення коливального характеру зміни струму навантаження. Максимальна напруга на конденсаторі при перезаряді, має бути більше за напругу джерела постійної напруги.

Спосіб роботи

Часові діаграми паралельного резонансного інвертора

При відпиранні тиристорів ${\displaystyle VS2}$ і ${\displaystyle VS3}$ (момент ${\displaystyle \vartheta _{1}}$ на часовій діаграмі) комутуючий конденсатор С заряджається від джерела постійної напруги ${\displaystyle E_{d}}$. Параметри елементів схеми вибираються таким чином, щоби заряд конденсатора відбувався за коливальним законом і струм тиристорів спадав до нуля (момент ${\displaystyle \vartheta _{2}}$) раніше миті відпирання наступної пари тиристорів (момент ${\displaystyle \vartheta _{3}}$). Протягом інтервалу ${\displaystyle \vartheta _{2}}$ … ${\displaystyle \vartheta _{3}}$ жоден з тиристорів не проводить струм і вхідний струм ${\displaystyle i_{d}}$ дорівнює нулю. Напруга на тиристорах ${\displaystyle VS2}$ і ${\displaystyle VS3}$ при цьому, дорівнює половині різниці напруги джерела живлення ${\displaystyle E_{d}}$ і комутуючого конденсатора ${\displaystyle U_{c}}$. Напруга uc на проміжку ${\displaystyle \vartheta _{2}}$ … ${\displaystyle \vartheta _{3}}$ повинна перевищувати ${\displaystyle E_{d}}$, щоби напруга на тиристорах ${\displaystyle VS2}$ і ${\displaystyle VS3}$ протягом цього інтервалу залишалася негативною.

У мить ${\displaystyle \vartheta _{3}}$ відпираються тиристори ${\displaystyle VS4}$ і ${\displaystyle VS1}$ і до тиристорів ${\displaystyle VS2}$ і ${\displaystyle VS3}$ прикладається напруга ${\displaystyle U_{c}}$. Конденсатор перезаряджається, і напруга на тиристорах ${\displaystyle VS2}$ і ${\displaystyle VS3}$ змінює полярність. Кут запирання тиристорів ${\displaystyle \beta }$ складається з двох складових: кута непровідності тиристорів інвертора ${\displaystyle \beta _{1}}$ і власне кута запирання ${\displaystyle \beta _{2}}$. У мить часу ${\displaystyle \vartheta _{4}}$ струм крізь тиристори ${\displaystyle VS4}$ і ${\displaystyle VS1}$ припиняється і напруга на комутуючому конденсаторі змінюється за таким же законом, що і в проміжку ${\displaystyle \vartheta _{2}}$ … ${\displaystyle \vartheta _{3}}$. При відкриванні тиристорів ${\displaystyle VS2}$ і ${\displaystyle VS3}$ (мить ${\displaystyle \vartheta _{5}}$) цикл роботи інвертора повторюється.

Деякі параметри схеми та її елементів

Кут провідності тиристорів:

${\displaystyle \lambda ={\frac {\omega }{\omega _{0}}}\pi ={\frac {pi}{\sqrt {{\frac {1}{F}}-{\frac {B^{2}}{4}}}}}}$;

де ${\displaystyle B={\frac {1}{\omega Cr_{n}}}-}$ коефіцієнт навантаження; ${\displaystyle F=\omega ^{2}{\frac {L_{H}L_{d}C}{L_{d}+L_{H}}}-}$частотний коефіцієнт. Середнє значення вхідного струму:

${\displaystyle I_{d}={\frac {1}{\pi }}\int _{0}^{\lambda }I_{m}\sin({\frac {\pi }{\lambda }})\vartheta d\vartheta ={\frac {2\lambda I_{m}}{\pi ^{2}}}}$

У режимі переривчастого вхідного струму напруга на навантаженні, комутуючому конденсаторі і на тиристорах залежить не тільки від параметрів навантаження, робочої частоти, величини ємності комутуючого конденсатора, але також і від величини кута провідності ${\displaystyle \lambda }$. Максимальні значення прямої і зворотної напруги на тиристорах можна визначити:

${\displaystyle {\text{U}}_{\text{пр.max}}\approx {\sqrt {2}}U_{H}}$${\displaystyle {\text{U}}_{\text{зв.max}}\approx {\sqrt {2}}U_{H}\sin \beta _{2}}$

Порівняння характеристик паралельного інвертора струму і резонансного паралельного інвертора показує, що характер основних залежностей в обох інверторах приблизно однаковий. У резонансному інверторі швидкість наростання струму тиристора порівняно мала, оскільки форма імпульсу струму синусоїдальна, і тому не потрібно спеціальних пристроїв для обмеження ${\displaystyle di/dt}$. Тому резонансний інвертор може бути використаний за більш високої вихідної частоти. Крім того, в резонансному інверторі можна отримати великі значення кутів запирання.

Послідовний інвертор з відкритим входом без зворотних діодів

Послідовний інвертор з відкритим входом без зворотних діодів

Принцип роботи даного інвертора полягає в наступному. При подаванні керувального сигналу на тиристор ${\displaystyle VS1}$ останній відпирається і конденсатор С починає заряджатися від джерела постійної напруги таким чином, що його верхня (за схемою) обкладка отримує позитивний потенціал. Наступного півперіоду, відпирається тиристор ${\displaystyle VS2}$ і конденсатор ${\displaystyle C}$ розряджається крізь ланцюг ${\displaystyle {\text{R}}_{\text{Н}}L_{2}}$. Таким чином, крізь навантаження протікає змінний струм.

Параметри елементів схеми зазвичай підбираються таким чином, щоби струм тиристора протягом всього міжкомутаційного проміжку, змінювався за коливальним законом, тобто, в мить комутації напруга на дроселі була б більше напруги джерела живлення (${\displaystyle U_{L}>U_{d}}$). Якщо дана нерівність не буде виконуватися, то під час відпирання чергового тиристора, струм тиристора що проходив раніше не закриється і джерело живлення виявиться замкненим накоротко. Зазначена нерівність має зберегтися протягом деякого часу, достатнього для відновлення керованості тиристорів.

Однофазний півмостовий резонансний інвертор зі зворотними діодами

Півмостова схема резонансного інвертора зі зворотними діодами

Часові діаграми для півмостової схеми резонансного інвертора зі зворотними діодами

Необхідною умовою для нормальної роботи схеми є коливальний характер електромагнітних процесів, який має бути забезпечений при виборі параметрів комутуючого контуру ${\displaystyle L,C}$. Робота схеми відбувається наступним чином: у разі вмикання тиристора ${\displaystyle VS2}$, комутуючий конденсатор ${\displaystyle C}$ заряджається крізь дросель ${\displaystyle L}$. Завдяки коливальному характеру процесу заряду, зарядний струм має куполоподібну форму і до миті закінчення зарядної півхвилі, ємність ${\displaystyle C}$ заряджається до напруги, приблизно вдвічі більшої, за напругу на конденсаторі фільтра ${\displaystyle C_{\text{ф1}}}$. Тому по закінченню зарядної півхвилі, ємність ${\displaystyle C}$ розряджається назад на ємність фільтра ${\displaystyle C_{\text{ф1}}}$ крізь діод ${\displaystyle VD2}$. Спад напруги на діоді є зворотним для раніше увімкненого тиристора ${\displaystyle VS2}$, що і забезпечує відновлення його керованості, за умови, що тривалість протікання струму крізь діод достатня для відновлення керованості тиристора ${\displaystyle VS2}$. Тут слід зазначити, що через малу зворотну напругу (близько 1 вольта), прикладену до раніше увімкненого тиристора, час відновлення його керованості може збільшуватися в 3 — 5 разів порівняно з класифікаційним. Для зменшення цього часу треба збільшувати зворотну напругу на тиристорі. Це можна зробити, наприклад, за рахунок увімкнення декількох діодів послідовно. При вмиканні тиристора ${\displaystyle VS1}$ весь процес повторюється, але з іншою полярністю. Таким чином, на ємності ${\displaystyle C}$ утворюється напруга приблизно синусоїдальної форми, частота якої вдвічі менша власної частоти комутуючого контуру ${\displaystyle LC}$.

Цінною властивістю схеми, є відносно жорстка зовнішня характеристика інвертора, що пояснюється можливістю двобічного обміну енергією між комутаційним конденсатором і джерелом живлення. Тому інвертори такого типу нормально працюють і в режимі холостого ходу.

Півмостова схема резонансного інвертора, розглянута вище, не є єдиним варіантом, як і інші види інверторів, резонансний інвертор із зворотними діодами, загалом, може бути реалізований за будь-якою відомою схемою випрямлення. На практиці-ж, знайшли застосування лише однофазні схеми, зокрема, однофазна мостова схема.

Див. також

• Випрямляч
• Інвертор

Примітки

1. . literaturki.net. Архів оригіналу за 8 листопада 2016. Процитовано 6 листопада 2016.
2. . literaturki.net. Архів оригіналу за 10 листопада 2016. Процитовано 6 листопада 2016.

Література

• В. С. Руденко, В. Я. Ромашко, В. Г. Морозов. Перетворювальна техніка. Частина 1: Підручник. — К.: ІСДО, 1996. — 262 с.
• Горбачёв Г. Н., Чаплыгин Е.Е Промышленная электроника. — М:. Энергоатомиздат , 1988 — 320c.
• Криштафович А. К., Трифонюк В. В. Основы промышленной электроники. перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 1985. — 287 с.

Посилання

• http://literaturki.net/elektronika/osnovy-teorii-avtonomnyh-preobrazovatelei/303-rezonansnyi-invertor
• http://literaturki.net/elektronika/osnovy-teorii-avtonomnyh-preobrazovatelei/304-rincip-deistviya-i-osnovnye-sootnosheniya-dlya-odnofaznogo-polumostovogo-rezonansnogo-invertora-s-obratnymi-diodami
• http://www.power-e.ru/2012_3_62.php
• http://www.studfiles.ru/preview/5830965/page:5/
• http://literaturki.net/elektronika/osnovy-teorii-avtonomnyh-preobrazovatelei/296--posledovatelnyi-invertor
• http://www.ngpedia.ru/id57764p2.html