Інвертор з дроселем в первинному ланцюзі

Однофазний інвертор з нульовим виводом

Інвертор з дроселем в первинному ланцюзі — це автономний інвертор, який пов'язаний з джерелом живлення через згладжуючий дросель, так що вентилі інвертора перемикають струм, який тече з двох напівобмоток первинного ланцюга, тим самим формуючи змінний струм на навантаженні.

Принцип роботи

Принцип роботи інвертора з дроселем в первинному ланцюзі розглянемо на схемі однофазного інвертора з нульовим виводом.

На керуючі транзистори $VT_{1}$ і $VT_{2}$ від системи керування $CK$ надходять імпульси керування з відносним зсувом фаз в 180°. У ланцюг джерела живлення виведений дросель, індуктивність якого досить велика(у межі $L_{d}=\infty$), завдяки чому вхідний струм ідеально згладжений, а струм через транзистори має прямокутну форму. Коли відмикається транзистор $VT_{1}$ починає протікати струм з першої напівобмотки $W_{1}$, на навантаженні формується вихідний струм додатної полярності, далі замикається транзистор $VT_{2}$, а транзистор $VT_{1}$ розмикається, починає протікати струм з другої напівобмотки $W_{2}$, на навантаженні $Z_{\text{н}}$ формується вихідний струм від'ємної полярності. При включенні транзистора $VT_{1}$, процес повторюється.

Часові діаграми струмів інвертора в режимі ідеально згладженого вхідного струму

Робота однофазного інвертора на активно-ємнісне навантаження

Залежно від співвідношення величин індуктивності вхідного дроселя опору навантаження, частоти вихідної напруги і ємності конденсатора можливі три режими роботи паралельного інвертора:

• вхідний струм $i_{d}$безперервний і ідеально згладжений;
• вхідний струм $i_{d}$безперервний, але має пульсації;
• вхідний струм $i_{d}$переривчастий.

При розрахунку інвертора користуються його еквівалентною схемою заміщення, справедливої протягом напівперіоду вихідної частоти, що отримана в припущенні, що трансформатор $T_{p}$ є ідеальним, активний опір дроселя й тривалість перемикання фронтів транзисторів дорівнює 0. Якщо індуктивність дроселя нескінченно велика, то струм споживаний від джерела живлення, постійний. Для еквівалентної схеми заміщення інвертора на активно-ємнісному навантаженні, можна записати наступну систему рівнянь:

$\left\{{\begin{matrix}id_{1}=i_{\text{н}}+i_{c}=Id=const\\i_{c}={\frac {dU_{c}}{dt}}\\i_{H}={\frac {dU_{\text{н}}}{R_{\text{н}}}}\end{matrix}}\right.$$(1)$

Эквівалентна схема одофазного інвертора струму (а) і часові діаграми струмів і напруг (б, в).

Вирішуючи систему рівнянь $(1)$ відносно $U_{\text{н}}$, одержуємо$(2)$

$U(t)_{H}=A_{1}+A_{2}e^{\frac {t}{CR_{\text{н}}}}$$(2)$

Для знаходження коефіцієнтів $A1$ і $A2$ скористаємося умовами:

• напруга на навантаженні міняється за періодичним законом, внаслідок чого його значення при комутаціях рівні по величині й протилежні за знаком $U_{\text{н}}\mid _{t=0}=-U_{\text{н}}\mid _{t}={\frac {T}{2}}$.

• середнє значення напруги на дроселі в сталому режимі дорівнює нулю ${\frac {2}{T}}\int _{a}^{b}(U_{d}-U_{\text{н}})=0$.

$A_{1}={\frac {U_{d}{\frac {T}{4}}(1-e^{\frac {-T}{CR_{\text{н}}}})}{{\frac {T}{4}}(1+e^{\frac {-T}{CR_{\text{н}}}})-r_{\text{н}}C(1-e^{\frac {-T}{CR_{\text{н}}}})}}$;

$A_{2}={\frac {-U_{d}{\frac {T}{4}}}{{\frac {T}{4}}(1+e^{\frac {-T}{CR_{\text{н}}}})-r_{\text{н}}C(1-e^{\frac {-T}{CR_{\text{н}}}})}}$;

Підставляючи значення $A1$ і $A2$ в $(2)$, одержуємо вираз для миттєвого значення напруги на навантаженні

$U_{\text{н}}(t)={\frac {U_{d}{\frac {T}{4}}(1-e^{\frac {-T}{CR_{\text{н}}}})-2e^{\frac {t}{CR_{\text{н}}}}}{{\frac {T}{4}}(1+e^{\frac {-T}{CR_{\text{н}}}})-r_{\text{н}}C(1-e^{\frac {-T}{CR_{\text{н}}}})}}$;

Напруга на навантаженні змінюється за експонентним законом. Зі зменшенням навантаження крива струму наближається до прямокутної форми, а напруга на конденсаторі й навантаженні згідно $(1)$ — до трикутного, тому що:

${\frac {dU_{c}}{dt}}={\frac {I_{d}}{C}}=const$.

Використання інвертора струму з дроселем в первинному ланцюгу та додаткова інформація

Інвертори струму з дроселем у первинному ланцюзі в основному використовують у плавильних печах, а схема з нульовим виводом має більш високу вихідну напругу, що дозволяє покращити енергетичні характеристики плавильних печей за рахунок зменшення втрат в з'єднувальних шинах і водоохолоджуючих лініях які використовуються для підключення батареї компенсуючих конденсаторів до індуктивної печі. В загальному випадку це дозволяє використовувати печі на 5-7 % ефективніше, а точніше енергія виділяється безпосередньо на нагрів. Також інвертор струму з дроселем в первинному ланцюгу використовують в плазохімії, як джерела енергії та управління розрядних джерел випромінювання, в зварювальних установках та інших електротехнологічних установках, в яких використовується електричний розряд.

Треба додати, що схема приведена у даній статті повинна працювати у режимі перекриття, тобто імпульси керування транзисторів при перемиканні повинні перекривати один одного, щоб струм який генерується в індуктивності не вивів із ладу транзистори. Загалом інвертори струму з дроселем у первинному ланцюзі повинні мати велику індуктивність для згладжування вхідного струму. Недоліком цієї схеми є моточні елементи: дросель та трансформатор, які є досить дорогими, а також габаритними та масивними.

Див. також

• Інвертор
• Трансформатор
• Біполярний транзистор

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://alnam.ru/book_pe.php?id=86 [Архівовано 9 листопада 2016 у Wayback Machine.]
• http://studopedia.ru/3_103030_avtonomniy-invertor-toka.html [Архівовано 16 листопада 2016 у Wayback Machine.]
• http://www.power-e.ru/2005_03_84.php [Архівовано 7 листопада 2016 у Wayback Machine.]
• http://ua-referat.com//Інвертор_Принцип_роботи_різновид_область_застосування [Архівовано 18 січня 2017 у Wayback Machine.]