Инверторы напряжения на тиристорах.

Классификация:

В зависимости от структуры узлов искусственной коммутации тиристорные инверторы напряжения делятся на 5 групп:

1) Инверторы с межвентильной коммутацией, в таких инверторах запирание (выключение) рабочего тиристора выполняется путем включения следующего тиристора другой фазы, но этой же группы. Для выполнения межвентильной коммутации требуется использование, как правило, 6-ти коммутирующих конденсатора (для инвертора в 3-х фазном исполнении).

2) Тиристорные инверторы с пофазной коммутацией. Коммутирующее устройство у них служит для поочередной коммутации тиристоров одной фазы, то есть в 3-х фазном исполнении требуется 3 устройства искусственной коммутации, причем в каждом устройстве искусственной коммутации используется 2 коммутирующих конденсатора.

3) Инверторы с индивидуальной коммутацией, у них коммутирующее устройство используется для выключения только одного тиристора. В трехфазных инверторах применяется 6 устройств принудительной коммутации.

4) Инверторы с групповой коммутацией. У них коммутирующее устройство выполняется общим для группы вентилей, получается одно коммутирующее устройство для анодной группы, а второе для катодной, и соответственно два коммутирующих конденсатора.

5) Инверторы с общей коммутацией. Коммутирующее устройство является общим для всех тиристоров и соответственно используется 1 коммутирующий конденсатор на весь инвертор.

Трехфазный мостовой инвертор напряжения с межвентильной коммутацией (рис 6).

Угол проводимости тиристоров инвертора составляет 2p/3, а порядок их переключения следующий В₁—В₆—В₃—В₂—В₅—В₁... Коммутация тиристоров происходит таким образом. Предположим, что открыты тиристоры В₁ и В₆, а конденсато­ры С₁-С₆ заряжены с полярностью, указанной на рисунке без скобок. Для запирания тиристо­ра В₁ отпирается тирис­тор В₃, в результате че­го образуется контур В₁—С₁—В₃; за счет тока разряда конденсатора С₁ тиристор В₁ запирается практически мгновенно, и на нем поддерживается отрицательное напряже­ние в течение времени разряда конденсатора С₁ по контуру B₃—С₁—Д₇—Д₁—L₁—В₃ до нуля. В связи с тем что в ин­верторе остается откры­тым тиристор другой фазы, это приводит к образованию контура перезаряда коммутирую­щих конденсаторов через указанный тиристор. Например, при отпирании тиристора В₃ и запирании тиристора В₁ кроме контура В₃—С₁—Д₇—Д₁—L₁—В₃ образуется контур U_d—L₁—В₃—С₃— Д₁₁—Д₁₂-B₆-L₂-U_d.

Напряжение на коммутирующих конденсаторах инвертора при­мерно равно напряжению источника питания U_d. В этом инверторе коммутирующий конденсатор подключен параллельно нагрузке только в моменты его перезаряда. При высоких частотах (свыше 400 Гц) влияние отсекающих диодов (Д₇ — Д₁₂) уменьшается. Это обусловлено тем, что время перезаряда конденсаторов стано­вится соизмеримым, с периодом переменного напряжения на вы­ходе инвертора. Кроме того, при окончании коммутации тока ком­мутирующий дроссель L₁ (L₂) оказывается закороченным через вентили. Например, при переводе тока с тиристора B₁ на тири­стор В₃ коммутирующие дроссели будут закорочены: верхний дроссель (L₁) закорачивается через вентили Д₉ — Д₃ — В₃, а ниж­ний (L₂)—через вентили Д₁₂—В₆—Д₆. Инвертор на идеаль­ных элементах оказывается неработоспособный. Это объясняется тем, что в коммутационном периоде ток в дросселях L₁ и L₂ не­сколько возрастает за счет тока перезаряда конденсаторов. Поскольку после этого интервала дроссели будут закорочены вентилями, к началу следующей коммутации ток в дросселе не изме­нится. В следующий период коммутации ток опять несколько воз­растает и т. д., что приводит к беспрерывному возрастанию тока в дросселях. А так как этот ток определяется скоростью переза­ряда коммутирующих конденсаторов, то при большом токе для восстановления запирающих свойств тиристоров остается мало времени и инвертор опрокидывается.

С повышением рабочей частоты инвертора возрастает скорость накопления электромагнитной энергии в дросселях, что приводит к увеличению потерь, а следовательно, к снижению к. п. д. инверто­ра. Улучшить работу инвертора можно за счет введения цепей, предотвращающих накопление электромагнитной энергии в дрос­селях. Такие цепи показаны на рис 6 пунктиром (или резисто­ры R₂, или диоды Д и резисторы R₁).

Повысить к. п. д. инвертора можно, если коммутирующий дрос­сель вывести из цепи постоянного тока и включить последователь­но с конденсатором (на рис 6 показана пунктиром одна из LC цепей). В этом случае электромагнитная энергия в дросселях не накапливается, так как через них протекает переменный ток. Однако в таком инверторе наблюдаются большие скорости нарас­тания напряжения на тиристорах и повышение напряжения на коммутирующих конденсаторах, а значит, и на тиристорах, с ростом тока нагрузки.

Если инвертор имеет выходной трансформатор, то для устране­ния накопления электромагнитной энергии обратные диоды следует подключать к отпайкам выходного трансформатора, что позволяет осуществить возврат накопленной энергии в период перезаряда конденсаторов в источник питания и тем самым повысить к. п. д. инвертора. При этом в контур, например L₁—В₃—Д₉—Д₃, вводят противо-э.д.с., равную U_d n/(1 — n), где n=w'₂/w₂ (n = 0,1 — 0,2).

Так как длительность открытого состояния тиристоров равна 2p/3, то форма выходного напряжения зависит от коэффициента мощно­сти нагрузки.