Tematica cursului: "Invertoare"
1. Scopul, clasificarea, principiul de funcționare și caracteristicile de performanță de bază ale invertoarelor.
2. Procesele electromagnetice și relațiile de proiectare de bază într-un invertor tranzistor.
3. Procesele electromagnetice într-un invertor autonom de tiristor.
Scop, clasificare, principiu de acțiune
și caracteristicile de performanță de bază ale invertoarelor
Scopul invertoarelor. În practică, apare adesea problema convertirii unei tensiuni DC într-o tensiune AC. Procesul de conversie DC pentru a inversa AC a primit numele de dispozitiv și efectuarea această conversie sunt numite invertoare. Termenul de "inversare" provine de la cuvântul latin invercio - inversiune, permutare. Primul termen în echipamentul convertor a fost utilizat pentru a indica o inversa a aplatizare și a descris procesul prin care fluxul de curent continuu sursa de energie electrică schimbă alternativ direcția este inversată, astfel încât receptorul curent alternativ să curgă. Astfel, dispozitivele care convertesc curentul electric de curent continuu la o sursă electrică de curent alternativ cu o frecvență constantă sau reglabilă se numesc invertoare.
Nevoia pentru acest tip de dispozitiv are loc în următoarele cazuri:
- când singura sursă de energie electrică din SRE este o sursă de curent chimic, iar unii receptori necesită numai curent alternativ pentru sursa de alimentare;
- dacă este necesar, să transforme o tensiune alternativă a unei frecvențe într-o tensiune alternativă de altă frecvență (mai mare);
- dacă este necesar, îmbunătățirea calității tensiunii rectificate prin transformarea tensiunii rectificate a frecvenței industriale într-o tensiune alternativă cu frecvență crescută și apoi rectificarea acesteia pentru a reduce factorul de cedare (în PPN).
Esența fizică a procesului de răsturnare DC constă în faptul că, prin utilizarea unor comutatoare semiconductoare conectate în circuitul inversor, și alternativ respectiv închis și deschis pentru starea lor se realizează astfel de rezistor de sarcină conectarea la o sursă de curent continuu, care oferă o schimbare a direcției actuale în acest rezistor, o astfel de scurgere pe el un curent alternativ. Printr-o astfel de conversie este posibilă alimentarea receptoarelor de curent alternativ de la sursa de curent electric primar.
Clasificarea invertoarelor. Invertoarele sunt de obicei clasificate în funcție de mai multe caracteristici:
- de numărul de impulsuri de polaritate opusă pe durata tensiunii de ieșire;
- prin schema de transformare (inversare);
- prin numărul de faze ale înfășurării secundare a transformatorului;
- de tipul dispozitivelor (cheilor) ale supapelor de comutare utilizate;
- prin metoda de control sau de comutare prin comutarea dispozitivelor.
Numărul de impulsuri ale polarității opuse pe perioada de tensiune de ieșire distinge între invertoarele cu ciclu unic și cele în doi timpi. La convertizoarele cu un singur capăt, un impuls este transmis la receptor în timpul perioadei de variație a tensiunii de ieșire din rețeaua primară de tensiune DC. La invertoarele în doi timpi, în timpul unei perioade de variație a tensiunii de ieșire a acestor impulsuri de tensiune, se transmit două.
Conform schemei de conversie (inversare) se înțelege schema de conectare a elementelor supapei și a elementelor pentru comutarea acestora, precum și transformatorul și, în unele cazuri, filtrul de intrare sau ieșire. Funcționarea invertorului și indicatorii tehnico-economici ai acestuia sunt determinate în principal de schema de inversare, pe care depind: forma curbei de ieșire; forma curbei actuale de consum; carcasă externă (sau sarcină); Eficiența invertorului; modificarea admisă a factorului de putere al sarcinii (indicată de armonicul fundamental al tensiunii pe sarcină); valorile maxime sau instantanee ale curentului de sarcină, care determină pragul pentru funcționarea stabilă a invertorului pentru majoritatea circuitelor.
În practică, se folosesc următoarele scheme de inversare:
- ciclu unic cu o singură fază (Figura 5.1);
- monofazat push-pull (Figura 5.2);
- pardoseală monofazată (figura 5.3);
- ciclu unic trifazat cu ieșire zero (figura 5.4, a);
- o punte trifazată (figura 5.4, b).
În funcție de cerințele pentru invertoare din partea receptorilor, ele pot fi cu ieșiri de transformator și fără transformator (galvanic). În mod obișnuit, circuitul transformatorului este utilizat în acele cazuri în care este necesară modificarea valorii tensiunii de ieșire în raport cu tensiunea sursei de alimentare sau pentru asigurarea izolației electrice a circuitelor DC și AC. Exemple de scheme de ambele tipuri sunt prezentate în Fig. 5.2, a, b.
În funcție de numărul de faze ale înfășurării secundare a transformatorului, se disting un invertor monofazat, trifazat și trifazat.
În funcție de tipul de dispozitive (comutatoare) ale supapelor de comutare, se disting inversoarele tranzistorului și tiristorului. Invertoarele tranzistorice sunt utilizate pentru a obține o putere de ieșire de la 20 de la 50 W la 1000 W. Cu o putere de ieșire mai mare (de la 1 la 100 kW și mai mult), în special la o tensiune primară mare, se folosesc invertoare tiristorice.
În funcție de metoda de comandă sau de comutare a dispozitivelor de comutare se disting două clase principale de invertoare:
- invertoare cu auto-excitație sau invertoare autonome;
- invertoare cu excitație independentă (conduse de o rețea).
Un invertor autonom este un invertor semiconductor în care se efectuează comutarea dispozitivelor semiconductoare sub influența tensiunii cauzate de elementele care alcătuiesc invertorul semiconductor (GOST 23414-84).
Un invertor slave este un invertor semiconductor în care se efectuează comutarea dispozitivelor semiconductoare sub influența tensiunii cauzate de sursele externe de energie electrică (GOST 23414-84), exterioare invertorului semiconductor.
Principiul inversării și inversării schemei. Pe diagramele invertoarelor (figura 5.1, a - figura 5.4) numerele reprezintă numerele condiționale ale cheilor de întrerupere. Într-un circuit cu o singură fază cu un singur capăt (figura 5.1, a), când întrerupătorul S1 este închis, alimentarea cu energie electrică este conectată direct la sarcină. Dacă cheia este periodic închisă și deschisă la receptor, obținem impulsuri de tensiune de formă dreptunghiulară (fig.5.1, b). Durata impulsurilor de tensiune și frecvența lor de repetare sunt determinate complet de modul de funcționare al cheii. Pentru a izola componenta de tensiune variabilă într-o astfel de schemă, se recomandă utilizarea unui transformator.
Figura 5.1 - Circuit invertor monofazat cu un singur capăt (a)
și o diagramă de timp a tensiunii de ieșire (b)
Un circuit cu o singură fază cu undă de undă completă cu ieșire zero funcționează într-un mod similar (figura 5.2, a, b). Singura diferență este aceea că tastele S1 și S2 nu sunt închise simultan, ci la rândul lor în așa fel încât atunci când starea închisă a cheii S 1 corespunde stării deschise a cheii S2 și invers, adică cheile funcționează în antifază.
Figura 5.2 - Circuite monofazate în două treceri cu ieșire zero:
a) fără transformator; b) transformator;
c) diagrama de timp a tensiunii de ieșire
Dacă intervalele de timp ale stărilor închise și deschise ale tastelor S 1 și S 2 sunt aceleași, atunci în sarcină se obține o tensiune alternativă de formă dreptunghiulară.
În circuitul de punte al invertorului (figura 5.3), pentru a obține o tensiune alternativă la ieșire, este necesar să comutați simultan două întrerupătoare S 1 și S 4 sau S 2 și S 3.
Figura 5.3 - Circuitul de punte monofazat
Figura 5.4. Convertizoare trifazate:
a - cu ieșire zero; b - circuit trifazic de punte
În Fig. 5.4 prezintă circuite mai complexe care asigură conversia unei tensiuni DC într-o tensiune trifazată.
Convertizoare de curent și tensiune independente. În funcție de natura cursului proceselor electromagnetice în circuitele invertoarelor autonome, acestea sunt în continuare împărțite în trei tipuri principale:
Această diviziune este condiționată. Pentru caracteristica definitorie, conductivitatea circuitului DC din partea părții direct convertizoare (de exemplu, pe partea tiristorului) este luată în raport cu componenta variabilă a tensiunii de ieșire. Având în vedere schemele cele mai simple ale invertoarelor autonome (figura 8.5), trebuie avut în vedere faptul că acestea prezintă chei mecanice. De fapt, se folosesc chei electronice, care asigură în mod automat auto-excitarea invertoarelor.
Să luăm în considerare invertoarele curente și de tensiune autonome care primesc energie de la o sursă de tensiune constantă Ud (Figura 5.5). În circuitul de curent continuu al primului invertorului (fig. 5.5, a) inclus sufoca Ld cu o inductanță mare. Prezența unui astfel de inductor oferă electromagnetice proces de schimbare de putere inerție într-o parte dreaptă a circuitului în pauzele dintre comutare cheie element de S 1. S 4, curentul poate fi considerat în mod convențional supratensiunii invariabile, permanente și curente în timpii de comutare pot fi ignorate.
Procesul de comutare în aceste condiții este perceput ca un curent inversator, iar convertorul însuși se numește invertor de curent.
În circuit (Fig.5.5, b), sursa de tensiune constantă este conectată direct la elementele cheie, care periodic cu schimbarea polarității conectează automat această tensiune la receptor. Ca rezultat, receptorul este furnizat ca și cum ar fi dintr-o sursă de tensiune AC. Un astfel de circuit este clasificat ca invertor de tensiune. În acest caz, curentul receptorului ar trebui să fie activ sau inductiv (dacă la ieșirea invertorului nu sunt instalate filtre speciale cu condensatoare). În natura capacitivă a sarcinii, vârfurile curenților apar datorită unei schimbări bruște a tensiunii, ceea ce agravează funcționarea invertorului.
În invertoarele rezonante care conțin condensatori, un receptor cu o inductanță mare formează un circuit oscilator cu elemente capacitive ale circuitului invertorului cu rezonanță a tensiunilor. Frecvența naturală a circuitului trebuie să fie mai mare sau egală cu frecvența de operare a invertorului. Astfel de invertoare au o tensiune și curent în formă sinusoidală în receptor și sunt folosite pentru a obține o tensiune alternativă sau un curent de frecvență crescută (mai mare de 1000 Hz).
Figura 5.5 - Invertoare individuale de pod:
a - invertor de curent; b - invertor de tensiune;
c, d - diagrame de timp
Astfel, esența procesului este de a inversa periodică cum ar fi conectarea receptorului sau înfășurarea transformatorului la o sursă de alimentare de curent continuu cu aceeași polaritate sau un singur ciclu de polaritate opusă în circuitul invertor push-pull primar.
Caracteristicile invertoarelor. Principalele caracteristici care vă permit să comparați diferitele scheme de invertoare sunt:
a) dependența tensiunii de ieșire a invertorului de valoarea tensiunii de alimentare DC pentru un anumit curent receptor:
b) dependența frecvenței tensiunii de ieșire a invertorului de valoarea tensiunii de alimentare pentru un curent de sarcină dat:
c) caracteristica externă a invertorului - dependența tensiunii de ieșire a invertorului de valoarea curentului receptorului la o tensiune de alimentare constantă:
d) Rezistența la ieșirea invertorului (intern), determinată de caracteristicile externe ale invertorului:
unde DUout - modificați tensiunea la ieșirea invertorului;
DI - schimbați curentul receptorului invertorului.
e) puterea de ieșire a invertorului Pout;
e) eficiența invertorului.
Toate caracteristicile specificate pentru un invertor real pot fi obținute experimental.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: