Анализ вариантов решения задачи

Произведем обоснование выбора однофазного инвертора напряжения.

Однофазная мостовая схема транзисторного автономного инвертора напряжения, являющаяся одной из самых распространенных схем такого типа, особенностей структуры схем и электромагнитных процессов в них. Схема однофазного мостового транзисторного инвертора напряжения показана на рисунке 9 [1].

Рисунок 9 — Схема однофазного мостового транзисторного инвертора напряжения.

Рассмотрим работу схемы инвертора при симметричном управлении, то есть при условии, что транзисторы VT1, VT2 включаются одновременно и находятся во включенном состоянии 180 градусов по частоте выходного напряжения, а транзисторы VT3, VT4 тоже включаются одновременно, но со сдвигом по фазе на 180 градусов по отношению к первой паре транзисторов.

Временные диаграммы работы однофазного инвертора показаны на рисунке 9. При включении транзисторов VT1, VT2 точка b схемы подключается к положительному зажиму источника питания, а точка a к отрицательному. При этом в нагрузке нарастает ток i2 в направлении, указанном на схеме, причем эдс самоиндукции в этом случае препятствует увеличению тока в контуре. В момент и = р транзисторы VT1, VT2 выключаются и контур тока нагрузки размыкается. Однако, благодаря энергии запасенной в индуктивности нагрузки, ток нагрузки поддерживается за счет ЭДС самоиндукции, при этом знак этой ЭДС меняется на обратную, что приводит к включению диодов VD3, VD4. При включении диода VD3 точка a схемы подключается к положительному зажиму источника питания, а точка b — к отрицательному. Таким образом, полярность напряжения на нагрузке меняется на обратную, независимо от того, включены ли транзисторы VT3, VT4 или нет. На этом интервале ток нагрузки протекает от индуктивности нагрузки через диод VD3, через источник Ed в обратном направлении и через диод VD4 в нагрузку. При этом обеспечивается сброс энергии, запасенной в индуктивности нагрузки, обратно в источник питания. Поэтому диоды, включенные в схеме инвертора параллельно силовым транзисторам, называются обратными диодами. Для нормальной работы схемы необходимо, чтобы к моменту спада тока нагрузки до нуля, транзисторы VT3, VT4 были включены, что обеспечивает повторение всех процессов с другой полярностью тока. На рисунке 10 (а) обозначены интервалы проводимости силовых полупроводниковых приборов:

л1 — интервал проводимости диодов VD1. VD2;

л2 — интервал проводимости транзисторов VT1, VT2;

л3 — интервал проводимости диодов VD3, VD4;

л4 — интервал проводимости транзисторов VT3, VT4.

Рисунок 10 — Временные диаграммы работы однофазной мостовой схемы инвертора напряжения.

На рисунке 10 (б) представлена кривая входного тока инвертора, которая показывает, что в течение первой полуволны выходного напряжения кривая входного тока совпадает с кривой тока нагрузки, в момент изменения полярности выходного напряжения кривая входного тока претерпевает разрыв и в течение второй полуволны выходного напряжения кривая входного тока повторяет кривую тока нагрузки, но с обратной полярностью. Среднее значение входного тока Id определяет активную мощность, отбираемую от источника питания. Разрывный характер кривой входного тока инвертора предъявляет жесткие требования к выходному сопротивлению источника питания, особенно в области высоких частот. Поэтому в реальных схемах на входе АИН устанавливается ёмкостный фильтр, который на рисунке 8 показан пунктиром. На рисунке 10 (в, г, д) показаны кривые напряжения между коллектором и эмиттером транзистора VT1, тока транзистора VT1 и тока обратного диода VD1, соответственно. После окончания процессов коммутации эти напряжения равны напряжению источника питания Ukm = Ubm = Ed.

Как следует из анализа кривой коллекторного напряжения силового транзистора, напряжение на коллекторе транзистора при выключении нарастает непосредственно после окончания интервала проводимости, фактически, при наличии полного тока нагрузки в силовом ключе. Таким образом, нормальная работа схемы возможна лишь при использовании полностью управляемых силовых полупроводниковых приборов, обеспечивающих возможность принудительной коммутации тока. Работу схемы управления рассмотрим в разделе 3.