Однофазный инвертор, ведомый сеть, со средней точкой

Ведомые инверторы выполняют по тем же схемам, что и управляемые выпрямители. На рисунке 15.2 представлен инвертор, ведомый сетью со средней точкой трансформатора. В качестве источника инвертируемой энергии принята машина постоянного тока ЭМ, работающая в режиме генератора. Для того, чтобы передать энергию от электрической машины в питающую сеть без изменения направления тока, следует изменить полярность включения электрической машины на противоположную.

Рисунок 15.2 - Однофазный инвертор, ведомый сетью

Рассмотрим работу инвертора для случая чисто индуктивной нагрузки , временная диаграмма показана на рисунке 15.3.

Рисунок 15.3 - Временная диаграмма работы однофазного инвертора, ведомого сетью

Допустим, что на интервале 0-1 открыт тиристор VT2, он остается открытым даже при отрицательной полуволне напряжения , т.к. , при этом ток от электрической машины втекает в конец обмотки с напряжением , имеющий положительный потенциал, а вытекает из положительного полюса электрической машины. Таким образом, электрическая машина становится источником энергии, работает в режиме генератора, а обмотка трансформатора - потребителем. В точке 1 подается отпирающий импульс со сдвигом на угол α, открывается тиристор VT1 (), напряжение скачком переходит с кривой напряжения на кривую напряжения . При этом к тиристору VT2 прикладывается обратное напряжение со всей вторичной обмотки (плюс на катод, минус на анод), что приводит к запиранию тиристора VT2 и переходу тока на тиристор VT1. При большой величине ток , а токи тиристоров имеют форму прямоугольных импульсов. Тиристор VT1 остается открытым на интервале 1-3 , на интервале 2-3 тиристор поддерживается открытым за счет электрической машины . На этом интервале ток втекает в конец обмотки с напряжением , имеющий положительный потенциал, а вытекает из положительного полюса электрической машины. Таким образом, и в этом случае, электрическая машина становится источником энергии, работает в режиме генератора, а обмотка трансформатора - потребителем. Рассматривая ток и напряжение , можно сделать вывод , что на участках 0-1 и 2-3 ток и напряжение находятся в противофазе, следовательно, питающая сеть является потребителем энергии.

Кривая дает мгновенные значения противо-э.д.с., которую вырабатывает инвертор. Среднее значение противо-э.д.с. зависит от угла , который называется углом опережения открывания тиристоров

=. (15.1)

Если учесть, что , то получим уравнение обобщенной регулировочной характеристики

. (15.2)

Регулировочная характеристика (рисунок 15.4) показывает, что если , напряжение на выходе преобразователя положительно и преобразователь работает в режиме выпрямителя. Если , напряжение меняет знак и преобразователь переходит в режим инвертора. Таким образом, преобразователь путем изменения может переводиться из выпрямительного режима в инверторный и обратно, при соответствующем изменении полярности включения электрической машины. Наибольшее значение противо-э.д.с. равное развивается при . Однако уменьшать меньше некоторого значения нельзя. На интервале 3-4, который равен углу , создается отрицательное напряжение, запирающее тиристор. Этот интервал отводится на закрытие тиристора и должен иметь длительность достаточную, чтобы тиристор восстановил свои запирающие свойства

, (15.3)

где - время восстановления запирающих свойств тиристора, является одним из основных динамических параметров тиристоров.

Рисунок 15.4 - Обобщенная регулировочная характеристика

выпрямителя - инвертора

При нарушении этого неравенства открытый тиристор не успевает восстановить свои запирающие свойства и при подаче положительного напряжения он может самопроизвольно открыться. В этом случае оказутся одновременно открытыми два вентиля, произойдет короткое замыкание вторичной обмотки трансформатора, и тиристоры могут выйти из строя. Это эффект называется опрокидыванием инвертора и является недопустимым состоянием.

Вывод. Управляемый выпрямитель можно перевести в инвертирующий режим, для чего необходимо установить угол управления в пределах , и сменить полярность включения электрической машины. В этом случае кинетическая энергия вращающейся электрической машины и связанной с ней механической системы будет передаваться обратно в сеть переменного тока.