Инверторный преобразователь напряжения ИП тока в ~ , выделеного на нагрузке.

Применение: питание ЭПД  тока от ИП  тока (аккумулятор) в транспортных средствах, для питания бытовых приборов (TV, дрели) от const тока, потребители не имеющие промежуточной сети, для осуществления энергии ветроэлектростанции, погруженных ГЭС, МГД генераторов, солнечных ЭС.

В качестве коммутирующих элементов используют транзисторы и тиристоры. Транзисторные – при малой мощности (до 5 кВт), напряжениях ИП > 500В, инверторы на тиристорах имеют токи до нескольких сотен ампер и коммутируют 2…3 кВ.

Транзисторные ПН

Возможны 2 варианта построения схемы преобразователя:

а) с самовозбуждением (автоколебательный);

б) с внешним возбудителем.

С самовозбуждением.

Рис. 2.8

Транзистор VT1 и VT2 открываются поочередно за счет инверсного действия цепи ПОС, которая образуется базовыми обмотками  и . Переключение VT1, VT2 происходит в момент насыщения сердечника трансформатора . Для создания начальных условий возбуждения ПН в цепь базы подается начальное смещение ( ) через ,  ограничивает ток базы насыщения ( ). Диаграммы тока и напряжения транзисторов инверсны. Переключение VT1, VT2 происходит за малое время, форма  близка к прямоугольной. На коллекторе транзистора напряжение  соответствует 2–х  в пределах вершины. Кроме того, в момент выключения транзистора возникает всплеск напряжения  за счет индуктивной реакции  и .

Частота выходного напряжения:

,

где  – индукционное насыщение (Тл);

 – сечение сердечника (см²)

 – число витков

Рис. 2.9

При высоких требованиях к стабильности частоты выходного напряжения используют схему с внешним возбуждением, которое осуществляется принудительной коммутацией VT1, VT2 от 2-х фазного генератора импульсов со скважностью =2 и стабильной частотой следования импульсов

КПД транзисторного ПН = 0,95.

КПД увеличивается с увеличением  (выходной мощности), с увеличением , уменьшением , уменьшением потерь на перемагничивание , увеличением коэффициента прямоугольности материала сердечника .

Тиристорный преобразователь напряжения

Характерная особенность – наличие реактивных коммутирующих элементов, которые осуществляют включение тиристора. Простейшая схема тиристорного инвертора аналогична схеме ТРН.

Рис. 2.10

На VS1, VS2  подаются импульсы от генератора импульсов ГИ с противофазным выходом, с которых включаются тиристоры. Выключение тиристоров осуществляется с помощью коммутирующего  и смежного открытого тиристора, подключающего  к запираемому тиристору с напряжением обратной полярности.

 ограничивает ток в первичной цепи в момент, когда оба тиристора открыты. Во вторичной обмотке форма выходного напряжения близка к прямоугольной. Магнитопровод трансформатора  должен работать при магнитных потоках, исключающих насыщение сердечника. Это особенность преобразователя с внешним возбуждением.

В форме для определения потребного числа витков принимается амплитуда индукции  (насыщения).

,

 – потребная частота  (Гц);

 – рабочая амплитуда индукции (Тл);

– сечение сердечника (см²).

Недостатки схемы.

Работа на холостом ходе недопустима из-за больших перенапряжений на элементах схемы.

Внешняя характеристика ПН  недостаточно жесткая.

Более совершенная схема ПН содержит дополнительно 2 обратных диода VD1, VD2, через которые в ИП возвращается избыточная реактивная энергия; внешняя характеристика этого ПН более жесткая, допускает режим холостого хода, уменьшает влияние нагрузки на форму . Кроме того еще 2 диода VD3, VD4, отделяющие  от обмотки . Это делает работу ПН более устойчивой, так как при случайном заходе трансформатора  в режим насыщения  не может разрядиться через малое сопротивление обмоток.

Рис. 2.11

Осуществление схемы трехфазных ПН, у которых существенно усложняется С управления.

Рекомендации по выбору транзисторов и тиристоров.

При  В и  А могут использоваться биполярные или полевые транзисторы.

В и А – оптотиристоры.

В и А – силовые тиристоры.

 Для мощных преобразователей (600/24), выполняются на тиристорах, целесообразно использовать мостовую (полумостовую) схему, в которой напряжение на закрытом трансформаторе не меньше напряжения входа , в отличие от рассмотренных, у которых

Рис. 2.12

Пары транзисторов в диагональных плечах работают поочередно.

Схема требует 4 транзистора вместо 2-х и устройство гальванической развязки для каждой пары транзисторов, не имеющих связи между эмиттерами.

В полумостовой схеме вместо одной пары транзисторов используют С (вместо VT3, VT4 – , ).

Недостатки: Емкость  и  при  ≥ 5 кВт оказывается достаточно большой и затрудняет реализацию преобразователя. .