Тақырып: Инверторлар

Қарастырылатын сұрақтар:

1. Нөлдік нүктесі бар бірфазалық тораппен жетектелетін инвертор.

2. Дербес инверторлардың жіктемесі.

3. Ток инверторының әрекет ету принципі және сипаттамалары.

Дәрістің қысқаша жазбасы:

Инверторлау деп тұрақты ток энергиясын айнымалы ток энергиясына түрлендіру процесін атаймыз. Желі жетегіндегі инверторлар бұл түрлендіруді айнымалы ток желісіне энергия беру арқылы жүзеге асырып, түзетуге кері есепті шешеді.

Жетектегі инверторларды басқарылатын түзеткіштер сұлбалары бойынша орындайды. Түзету режимінде энергия көзі (генератор) ретінде айнымалы ток желісі болады. Сондықтан α=0 болғанда, желіден тұтынатын i₁ тогының қисығы фаза бойынша u₁ қоректендіру кернеуімен сәйкес болады. L_d=∞ және х_a1=x_a2= 0 болғанда, i₁ ток түрі төртбұрышқа жақын (15.1, б-сурет). u_2-1 кернеуінің оң полярлығында Т₁ тиристоры ашық, ал Т₂ тиристоры — u_2-2 кернеуінің оң полярлығында ашық болады (15.1 в-сурет).

Желінің энергияны қоректенгендігінің көрсеткіші ретінде i₁ тогының u₁кернеуіне қатысты 180°-қа ығысуы қызмет етеді (15.1, г-сурет). Осығын сәйкес сұлбадағы тиристорлар инверторлау режимінде трансформатордың екінші реттік орамдары кернеуінің теріс полярлығында жабық қалыпта болуы қажет: Т₂ тиристоры - u_2-2 кернеуінің теріс полярлығында, ал Т₁ тиристоры u_2-1 кернеуінің теріс полярлығында (15.1, д-сурет). Бұл режимде тиристролардың ашылуы трансформаторлардың екінші реттік орамдарын L_d дросселі арқылы (15.1, а-сурет) тұрақты ток көзіне кезек қосылуына мүмкіндік береді, сондықтан тұрақты ток айнымалы токқа түрлендіріледі; энергия желіге беріледі.

15.1-сурет.Екіжартыпериодтық бірфазалы жетектегі инвертор сұлбасы

Өткізіп тұрған тиристордың жабылуы кері кернеу ықпалымен жүзеге асады. Сірә, өткізіп тұрған тиристорға екі екіншіреттік орама қосындысына тең кері кернеу, егер кезекті тиристор оған қосылған орамада полярлығы оң кернеу болған мезетте ашылса ғана қойылады. Инвертор жұмысында бұрышының шынайы мәні, тиристорларды жабу шарттарынан шығады, π-ден β бұрышына кем болуы қажет (15.1, е сурет), дәлірек айтқанда α=π-β. Егер кезекті тиристорды α=β болғанда ашса, алдында өткізген тиристорды жабу шарты орындалмайды, ол тиристор ашық қалпында қалып, тізбектес қосылған трансформатордың екіншіреттік орамасымен тұрақты ток көзі арасында қысқа тұйықталу пайда болады. Бұл құбылысты инверторлаудың үзілуі немесе инвертордың төңкерілуі деп атайды.

π, 2π, ..... табиғи ашылу нүктелерінің сол жағынан есептелетін бұрышын тиристорлардың ашылуынан озу бұрышы деп атайды. α ашылу кідірісі бұрышымен ол келесі қатынас арқылы байланысты:

β=π-α; немесе α+β=π.

Сонымен сұлбаны түзету режимінен инверторлау режиміне ауыстыру үшін тиристорлар арқылы негізінен екіншіреттік кернеулердің теріс полярлығында токтың өтуін қамтамасыз ету, олардың ашылуын озу бұрышымен жүзеге асыру қажет.

Бірфазалы желі жетегіндегі инвертор сұлбасындағы коммутациялық процестері ескерілген электромагниттік процестер 15.2-суретінде көрсетілген. 15.2, а-суретте трансформатордың екіншіреттік кернеу қисықтары, ал 15.2, б- суретте тиристорларды басқару сигналдары келтірілген.

15.2-сурет.Жетектегі инвертор сұлбасындағы электромагниттік процестер

u₁ желі кернеуінің және желіге берілетін i₁ тогы қисықтары 15.1, ж-суретте келтірілген. Ток амплитудасы I_н/I_п, бұл жерде n=w₁/w₁ – трансформатордың трансформация коэффициенті. Коммутация кезеңдерінде i₁тогы жұмысқа кіріскен және жұмысын аяқтаған тиристорлар айырымымен анықталады.

γ=0 деп қабылдасақ, 15.2, а-суретке сәйкес U_H кернеу модулі үшін келесі қатынас әділ болады:

осыдан немесе

Желі жетегіндегі инверторлардың энергетикалық сипаттамалары басқарылатын түзеткіштердікіне ұқсас.

Дербес инверторлар (ДИ) дептұрақты токты жиілігі өзгеріссіз немесе реттелетін айнымалы токқа түрлендіретін және автономды (айнымалы ток желісімен байланысы жоқ) жүктемеге жұмыс істейтін құрылғыларды атайды.

Бұл дербес инверторлардың тұрақты токты айнымалыға түрлендіретін, бірақ айнымалы ток желісіне жұмыс істейтін жетектегі инверторлардан басты айырмашылығы. Дербес инвертордың қоректендіруші желісінде электр энергиясы көздерінің болмауы, жетектегі инвертордан айырмашылығы, айнымалы ток ЭҚК-і есебінен вентильдердің табиғи коммутациясын жүргізуге мүмкіндік бермейді.

Дербес инверторларда жүктеме фазаларын айнымалы ток тізбегінде қоректендіру көзінің оң және теріс полюстарына кезек қосып тұратын кілт функциясын орындайтын, толық басқарылатын вентильдерді қолдану қажет. Қарапайым (біроперациялық) тиристорларды қолданғанда тиристорлардың еріксіз коммутациясы (жабу) қажеттілігі туындайды.

9.1-сурет. Инвертор сұлбалары

Еріксіз коммутацияның мәні тиристор арқылы кері ток өткізу есебінен тура токты нөлге дейін төмендетіп (дәлірек айтқанда – ұстап тұру мәніне дейін), сосын тиристорға оның жабу қасиеттері қалпына келуге жеткілікті уақытқа теріс анодтық кернеу келтіруде.

Дербес инвертордың негізі – бірфазалы немесе үшфазалы (нөлдік шықпасымен немесе көпірлік) сұлбаларымен орындалған вентильді ауыстырып-қосқыш құрылғы. Біроперациялық тиристорлар қолданылса, сұлбаны тиристорлардың коммутациясы үшін қажетті элементтермен толықтырады. Басты элементтердің бірі – конденсатор. Конденсаторлардың қолданылуы тек қана тиристорларды жабумен шектелмейді. Конденсаторлар тиристордың шығыстық кернеудің қисығын қалыптастыру, сұлбада өтіп жатқан процестер сипатын анықтау үшін қолданылады. Сонымен байланысты дербес инверторлар сұлбалары ток автономды инверторлары (ТДИ, 9.1, а-сурет), кернеу дербес инверторлары (КДИ, 9.1, в-сурет) және резонанс дербес инверторлары (РДИ, 9.1, д-сурет) болып бөлінеді.

Қоректендіру көзі Е бірфазалы көпірлік дербес инвертор сұлбасында (9.2, а-сурет) кернеу көзі режимінде жұмыс істейді (мысалы, аккумулятор батареясы). Сұлба түзеткіштен қоректенген жағдайда кернеу көзі қасиеттерін беру үшін айнымалы кернеу бойынша коректендіру көзін тұйықтау мақсатымен КДИ кірісіне сыйымдылығы үлкен конденсаторды қосады. Шығыстағы кернеу қисығын қалыптастыру тиристорларды ауыстырып қосудың тиісті алгоритмін пайдалану жолымен жүзеге асырылады.

Ең қарапайым алгоритм бойынша айқас орналасқан кілттер (вентильдер) ауыстырылып-қосылады: алдымен К1, К2, сонан соң К3, К4 кілттері. Шығыстық кернеу қисығының амплитудасы Е-ге тең екі полярлы импульстер тізбегінен құрылады.

ТДИ-да конденсатор жүктемеге параллель қосылады, ал қоректендіру көзі ток көзі режимінде жұмыс істейді. Бұл режим қоректендіру көзі тізбегіне индуктивтілігі үлкен L_d дросселін қосу жолымен жүзеге асырылады.

Шығыстық кернеу қисығы диагональ бойынша орналасқан кілттердің кезек өткізгіштігінен қалыптасады. Жүктемеге параллель қосылған конденсатор шығыстық кернеу қисығын қалыптастыруға қатысады және тиристорлардың жабылуын қамтамасыз етеді. Кернеу қисығы активті жүктемеде конденсатордың заряд және разряд экспоненталарының бөлшектерінен құралған. Ток инверторлары тек қана біроперациялық тиристорлармен орындалады.

Дербес параллельді ток инверторы сұлбасының құрамына диагональ бойынша активті-индуктивті Z_н жүктеме, оған параллель – С конденсаторы қосылған Т1-Т4 тиристорлы инверторлы көпір кіреді. Тұрақты ток тізбегінде индуктивтілігі үлкен L_d дросселі орналасқан.

Кернеудің шығыстық қисығы U_н конденсатор С-ның периодтық қайта зарядталу және айқас орналасқан тиристорлардың кезек-кезек ашылуының нәтижесінде қалыптасады. Уақыт бойынша кернеуінің өзгеру сипатын U_н белгілейтін С конденсаторы басқа жұп ашылғанда, тиристорлардың өткізген жұбының жабылуын қамтамасыз етеді.

Басқарушы импульстер берілгенде, Т3, Т4 тиристорлары ашылады, соның нәтижесінде С конденсаторы Т1, Т2 тиристорларына параллель қосылады. Қарама-қарсы ток ықпалымен Т1, Т2 тиристорларының токтары нөлге дейін тез төмендейді, тиристорларға конденсатордың кернеуімен белгіленетін кері кернеу келтіріледі және олар өткізбейтін қалыпқа келеді.

Бақылау сұрақтары:

1. Түрлендіргіштің желі жетегіндегі инвертор режимінде жұмыс істеуінің шарттарын атап өтіңіз.

2. Біржартыпериодтық сұлбаны мысал ретінде қарастырып, инвертор жұмысын түсіндіріп беріңіз.

3. Жетектегі инверторлар қандай сұлбалар бойынша орындалады?

4. Дербес инверторларды қолдану салалары.

5. Дербес инверторларды қандай құралдардың көмегімен жүзеге асыруға болады?