12.3. Інвертори
Інвертори застосовують для перетворення енергії постійного струму на енергію змінного струму в лініях електропередач постійного струму, при рекуперативному гальмуванні двигунів постійного струму що живляться від випрямлячів, для перетворення частоти і т.і.
Під інвертуванням розуміють процес перетворення постійного струму на змінний, тобто це процес зворотний випрямленню струму. При інвертуванні потік електричної енергії спрямований від джерела постійного струму до мережі змінного струму.
Вихідним елементом інвертора, що працює на мережу змінного струму, є трансформатор, кількість витків і фаз якого визначає величину і кількість фаз отримуваної змінної напруги (струму). Щоб отримати змінний струм в обмотках трансформатора, увімкненого у джерело постійного струму, необхідно забезпечити періодичний перехід струму від однієї фазної обмотки до іншої. Цього досягають шляхом переривання постійного струму і розподілу його за фазами трансформатора за допомогою тиристорів.
Зміна напрямку потоку енергії потребує зміни знака потужності випрямляча Pd = UdId, що можна отримати шляхом зміни напрямку струму Id або напруги Ud. Але струм випрямляча не може змінити свій напрямок відносно затискачів в силу односторонньої провідності тиристорів. Ось чому зміну знаку потужності можна отримати тільки за рахунок зміни знаку середнього значення випрямленої напруги, що досягається у керованому випрямлячі установкою кута керування a> 90o.
Перехід від режиму випрямляча до режиму інвертора розглянемо на прикладі керованого перетворювача (рис.12.18), складеного за двонапівперіодною схемою, і навантаженням якого є акумуляторна батарея з ЕРС Еа, опір Rd та катодний дросель Ld = ¥.
Нехай a1 < 90о , перемикач S знаходиться у лівому положенні і середнє значення напруги UdBira = Ud0 cos a1 > Ea. Перетворювач працює випрямлячем на батарею, ЕРС Еа якої виступає як протидіюча напруга (на рис.12.18,б вона показана нижче осі абсцис).
Випрямлення струму відбувається, коли и2 > 0, тиристори відкриті (при куті a1 = 60о) і напруга перебільшує Еа. В наступний інтервал часу, коли и2 < 0, струм id = Id продовжує проходити по колу, оскільки його підтримує ЕРС самоіндукції eL, яка виникає в індуктивності Ld (момент p-t2 для VS1 і т.д.).
Акумуляторна батарея буде підзаряжатись випрямленим струмом, середнє значення якого
Іівип = (UdBffli - Ea)/ Rd. (12.34)
Якщо поступово збільшувати кут a > a1, то будуть зменшуватись напруга Uffim
і струм Id. При a2 = 90о середнє значення випрямленої напруги UdB = 0
(рис.12.18,в) і перетворювач споживає від мережі тільки реактивну потужність,
оскільки постійна складова випрямленого струму буде дорівнювати нулю.
Для переходу до інверторного режиму потрібно змінити полярність напруги Еа акумуляторної батареї: перемикач S на рис.12.18,а переключити у праве положення і одночасно збільшити кут керування a до значень більших 90о. У цьому випадку тиристори VS1 і VS2 відкриваються і проводять струм при негативних значення напруг и21 і и22 (рис.12.19,г) під впливом позитивної напруги Еа, яка подається від батареї через навантаження Rd і вторинні обмотки трансформатора на аноди тиристорів.
При a3 > 90о середня напруга перетворювача стає негативною = Ud0-cosa3 < 0. Якщо вона буде меншою від ЕРС Еа, то через навантаження буде проходити струм попереднього напрямку, середнє значення якого визначається виразом
ІІІнв = (Ea - UdІнв)/ Rd. (12.35)
Акумуляторна батарея працює генератором на мережу змінного струму, а напруга перетворювача відіграє роль зустрічної ЕРС.
Середнє значення негативної напруги Цпнв буде тим більшим, чим більше величина кута a наближується до 1800. У інверторному режимі кут керування тиристорним перетворювачем називають кутом випередження керування. Цей кут відлічують від моменту природного закриття тиристора (wt = p) і позначають буквою /5(рис.12.19,г). Сума кутів аі (дорівнює p тоді (5= р- a і середня напруга інвертора при куті випередження (:
UdtoUdp) = Ud0cos(p- 5) = -Ud0cos(. (12.36) де Ud0 - напруга інвертора при (5= 0, рівна напрузі випрямляча при а= 0.
Слід зауважити, що, якщо для тиристорного перетворювача в режимі випрямляча можлива робота з кутами amin = 0, то у інверторному режимі кут Дгіп завжди повинен бути більшим за 0. Це пов'язано з тим, що тиристору після відключення необхідно дати певний час для поновлення запираючих властивостей. Протягом цього відрізку часу 8, який складає не більше 0,01 тривалості періоду 8~(2 ^ 4о), анодна напруга тиристора повинна бути негативною.