Режим инвертирования. 
Силовая электроника

Преобразователь со свойствами инвертора тока. Для фильтрации высших гармоник инвертируемого тока i_H, обусловленных его модуляцией на повышенной частоте, на стороне переменного тока преобразователя включен «легкий» LC-фильтр, подключенный конденсатором непосредственно к преобразовательному мосту (рис. 5.13, а). После фильтрации инвертируемый ток поступает в сеть с напряжением и_с. На рис. 5.13,6 показаны диаграммы сетевого напряжения и инвертируемого тока i_H до его фильтрации. Этот ток можно представить в виде гармонического ряда:

где со, — угловая частота первой гармоники тока; /_ии — амплитуда п-й гармоники тока;

w — фазовый угол п-й гармоники.

Ток, поступающий в сеть после фильтрации, равен току дросселя, амплитуда п-й гармоники которого равна.

Из выражения (5.11) видно, что высшие гармоники тока с частотами со_я со, могут быть успешно отфильтрованы конденсатором фильтра С_ф при малых значениях индуктивности 1_ф. Это становится возможным благодаря тому, что основные функции сглаживания тока между источниками переменного и постоянного тока, имеющими разные значения напряжения, выполняет дроссель L_d, включенный на стороне постоянного тока, индуктивность которого достаточно велика. По этой причине в преобразователе со свойствами инвертора тока сравнительно просто обеспечить защиту ключей в аварийных режимах, например, при возникновении короткого замыкания на стороне переменного тока. Другим преимуществом схемы является ее эффективность при работе с индуктивными накопителями элект;

Рис. 5.13. Преобразователь со свойствами инвертора тока:

а — схема; 6 — диаграммы выходного тока и напряжения сети; в — структурная схема связи основной гармоники тока и коэффициента модуляции роэнергии. Оборотной стороной указанных достоинств является очевидный недостаток этой схемы — инерционность процессов, связанных с изменением величины тока в дросселе с относительно большой индуктивностью L_d. На рис. 5.13, в приведена упрощенная структурная схема связи изменения величины коэффициента модуляции AM с током основной гармоники Ai_uV Эти связи показаны для малых отклонений указанных параметров. Динамические характеристики преобразователя в рассматриваемом случае будут в основном определяться величиной индуктивности L_(J, представленной на рис. 5.13, в в виде интегрального звена в операторной форме. Влияние LC-фильтра на динамику существенно меньше, чем индуктивности L_dy и в структурной схеме не отражено.

Преобразователь со свойствами инвертора напряжения. В схеме преобразователя напряжения (рис. 5.14, а) дроссель фильтра 1_ф является основным элементом, сглаживающим ток, обусловленный разностью модулированного напряжения преобразователя и_аЪ (рис. 5.14,6) и напряжения сети переменного тока и_с. При мощности сетевого источника, значительно превышающей мощность преобразователя, высшие гармоники тока преобразователя (без учета первой) могут быть приближенно представлены следующим гармоническим рядом:

где U_аЪп — амплитуда п-й гармоники напряжения инвертора.

Из выражения (5.12) видно, что, в отличие от преобразователя со свойствами инвертора тока, в рассматриваемой схеме уровень высших гармоник определяется величиной индуктивности фильтра 1_ф. Поэтому она должна быть выше, чем величина индуктивности фильтра в инверторе тока. В то же время благодаря повышенным частотам модуляции индуктивность L, в этой схеме значительно меньше величины L_d в схеме на рис. 5.13, а. Поэтому.

Рис. 5.14. Преобразователь со свойствами инвертора напряжения:

а — схема; 6 — диаграммы тока и напряжений; в — структурная схема связи основной гармоники тока и коэффициента модуляции процессы при управлении выходным током будут менее инерционными. Структурная схема, отражающая динамические характеристики преобразователя при управлении током i_liV представлена на рис. 5.14, в. Указанное преимущество преобразователя со свойствами инвертора напряжения часто является определяющим при сравнении с преобразователем со свойствами инвертора тока.

В заключение краткого сравнения указанных видов преобразователей можно сказать, что обе схемы благодаря применению полностью управляемых ключей и принципов широтно-импульсной модуляции могут успешно работать совместно с сетью переменного тока в четырех квадрантах комплексной плоскости. Рассмотрим более подробно работу в выпрямительном режиме.