Принцип работы инвертора

Инвертор — это полупроводниковое устройство, преобразующее постоянное входное напряжение (ток) в выходное переменное. Соответственно, в зависимости от фазности выходного сигнала, различают инверторы однофазные и трехфазные [1].

Принцип работы инвертора заключается в поочередном подключении нагрузки к различным полюсам за счёт коммутации управляемых вентилей. В качестве вентилей, в преобладающем большинстве используются транзисторы, работающие в режиме насыщения. Однако, в мощных силовых инверторах часто используются тиристоры, которые позволяют пропускать через них большую мощность. Таким образом, в зависимости от режима коммутации вентилей, в инверторах возможно регулирование как величины напряжения, так и его частоты [1].

В зависимости от формы выходного сигнала, различают следующие инверторы [1]:

• · инверторы с прямоугольной формой выходного сигнала: это наиболее простые устройства, работа которых заключается в поочередном подключении «плюса», либо «минуса» напряжения питания к нагрузке через открытые вентили. Частота выходного напряжения определяется частотой коммутации вентилей.
• · инверторы с синусоидальной (приближенной к ней) формой выходного сигнала: получение такого выходного сигнала наиболее важная задача, так как большинство потребителей требуют именно синусоидального напряжения (тока). Такую форму сигнала получают с помощью различных способов импульсной модуляции, а также с помощью ступенчатого преобразования сигнала, что при высокой частоте коммутации и большом количестве ступеней позволяет получать выходной сигнал близкий к синусоидальному.

По характеру электромагнитных процессов в инверторе, эти преобразователи классифицируются на [1]:

• · инверторы тока, для которых характерна неизменность тока нагрузки по величине и форме, независимо от величины и характера нагрузки. Напряжение же инвертора тока зависит от нагрузки;
• · инверторы напряжения, для которых характерна независимость величины и формы напряжения от величины и характера нагрузки;
• · резонансные инверторы — в этих инверторах элементы коммутации, совместно с нагрузкой образуют колебательный RLC контур, в следствии чего, ток нагрузки имеет форму, близкую к синусоидальной.

Классические схемы инверторов тока и напряжения представлены на рисунке 1 [1].

Рисунок 1 — Электрические схемы и временные диаграммы автономных инверторов а) автономный инвертор напряжения, б) автономный инвертор тока инвертор напряжение полупроводниковый.

Рассмотрим работу инвертора тока: попеременное диагональное включение пары вентилей VS1-VS2 и VS3-VS4 меняют направление тока в нагрузке, которая имеет там прямоугольную форму. При чём, нагрузкой для инвертора будет вся диагональ между точками 1−2. Так как в общем случае нагрузка может носить активно-индуктивный характер, то ток на нагрузке не может измениться скачком, для компенсации индуктивного характера нагрузки необходима установка конденсатора C параллельно нагрузке [1].

Рассмотрим работу инвертора напряжения: в этом инверторе вентили попеременно подключают нагрузку к разноимённым полюсам источника питания, в следствии чего напряжение на нагрузке имеет прямоугольную форму. Вентили подключаются попарно диагонально VS1-VS2 и VS3-VS4. Если нагрузка имеет активно-индуктивный характер, то ток скачком не может измениться, и он продолжает протекать в прежнем направлении — возникает рекуперации энергии из нагрузки в сеть. Для создания контура рекуперации необходимо наличие обратных диодов (рис. 1а) [1].

Конструктивно, инверторы представляют собой набор электронных компонентов и полупроводниковых приборов, в одном корпусе. На рисунке 2 представлена типовая конструкция устройства с автономным инвертором напряжения. Полупроводниковые вентили, в качестве которых используются мощные IGBT транзисторы и обратные диоды закреплены на специальных алюминиевых радиаторах. Трансформатор и набор конденсаторов закреплены на плате с помощью ножек и хомутов. Устройство находится в снимаемом кожухе с радиаторными отверстиями для обеспечения требуемого теплового режима работы устройства.

Рисунок 2 — Конструктивное исполнение устройства с инвертором напряжения.

Список использованных источников

• 1 Розанов Ю. К. Основы силовой электроники. — Москва: Энергоатомиздат, 1992. — 296 с.
• 2 Расчёт неуправляемого выпрямителя с фильтром и управляемого выпрямителя в режиме стабилизации выходного напряжения / Патраков И. А., Бутаков С. В., Василишин С. С. — Архангельск.: ФГАОУ ВПО «Северный федеральный университет имени М. В. Ломоносова, 2011. — 44 с.