инвертор напряжения

Энергетическая электроника
Мишуров Владимир Сергеевич
Ст.преподаватель кафедры «Промышленная
электроника»,
Зав. лабораторией "Преобразовательной техники и
импульсно модуляционных систем"
Тема занятия :
Автономный инвертор напряжения
Рассматриваемые вопросы
1. Назначение и отличительные признаки
автономных инверторов напряжения
2. Схемотехника и характерные диаграммы
напряжений и токов инверторов напряжения
3. Регулирование выходного напряжения
4. Расчетные соотношения
1. Преобразователь постоянного напряжения
в постоянное
Структура с преобразованием энергии на ключах постоянного тока
на основе звена повышенной частоты
Структура с преобразованием энергии на ключах
переменного тока
Классификация автономных инверторов
- инвертор напряжения
- инвертор тока
- резонансный инвертор
2. Классификация однофазных автономных
инверторов напряжения
Инвертор напряжения с накопительным
конденсатором
Транзистор VT1 открыт
Транзистор VT2 закрыт
Транзистор VT2 открыт
Транзистор VT1 закрыт
Временные диаграммы напряжений и токов
для инвертора с накопительным конденсатором
- Емкость конденсатора
- Ток транзистора
Вопрос 1
Чем обусловлена инерционность выключения биполярного
транзистора при работе в ключевом режиме?
Ответ 1
Наличием избыточного заряда в области базы в режиме
глубокого насыщения.
Особенности преобразователей
на основе инвертора
1.
2.
Гальваническое разделение входа и выхода
Возможность получения выходного напряжения,
существенно отличающегося от входного
3. Возможность одновременного получения
нескольких выходных напряжений
Инвертор напряжения с накопительным
конденсатором и трансформаторным выходом
Инвертор напряжения
с накопительным дросселем
Транзистор открыт
Транзистор закрыт
Временные диаграммы напряжений и токов
для инвертора с накопительным дросселем
Инвертор напряжения с накопительным
дросселем и трансформаторным выходом
Работа мостового инвертора напряжения
на индуктивную нагрузку
Диаграммы работы мостового инвертора напряжения
на индуктивную нагрузку
Работа мостового инвертора напряжения с учетом
инерционности ключей на биполярных транзисторах
Временные диаграммы мостового инвертора напряжения
при наличии сквозных токов
Мостовой инвертор напряжения с балластным дросселем
интервал t1
интервал t2
Мостовой инвертор напряжения с паузами в управлении
Временные диаграммы мостового инвертора
напряжения с устранением сквозных токов
Отличительные признаки инвертора напряжения
1. Для возврата реактивной энергии в источник параллельно
транзисторам устанавливают обратные диоды.
2. Источник питания (источник напряжения) должен обладать
возможностью энергообмена (отдавать и принимать энергию),
для этого его шунтируют , как правило, конденсатором.
Изменение кривой перемагничивания
трансформатора при несимметричном
напряжении
Инвертор, в котором
устранено статическое
замагничивание
Вопрос 2
На чем основана работа трансформатора?
Ответ 2
Схематическое устройство
трансформатора.
1 — первичная обмотка,
2 — вторичная обмотка
Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:
1. Изменяющийся во времени электрический ток создаёт
изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм).
2. Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку,
создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция).
3. Регулирование выходного напряжения
а)
б)
3. Регулирование выходного напряжения
+
VD1
TV1
Zн
VD3
VT3
VT1
Uвх
TV3
VT2
VD2
VD4
VT4
TV2
TV2
VT5
VT6
+

Е

TV1
ЗГ
ГПН
К
ФИ
Uз
Т
НЕ
Временные диаграммы регулируемого мостового
инвертора напряжения (ШИМ)
Формирование выходного напряжения
В связи с тем, что транзисторы инверторов работают в
ключевом режиме, естественной формой выходного
напряжения является прямоугольная. Такая форма удобна
для нагрузок постоянного тока, подключенных к
инвертору через выпрямитель и фильтр.
Для нагрузок переменного тока наиболее эффективной
является синусоидальная форма напряжения. Кроме того,
в ряде случаев такая форма жестко регламентируется,
например, в получивших широкое распространение
источниках бесперебойного электропитания
персональных и промышленных компьютеров.
Качество переменного напряжения или приближение его формы
к синусоидальной принято характеризовать коэффициентом
гармоник Кг (%), определяемым как отношение действующего
значения высших гармоник к действующему значению первой
(основной) гармоники, т.е.:
kã  100
где
n 
 U ( n)
n  nmin
U (1)

2

 100 U U (1)

2
1
4U max
 - действующее значение напряжения
Un 
sin( n )
гармоники с номером n;
n
2
U (1) - действующее значение напряжения первой гармоники;
U - действующее значение выходного напряжения;
nmin - номер ближайшей к основной высшей гармоники;
U - амплитуда прямоугольного напряжения.
max
4. Расчетные соотношения
Среднее и эффективное значения выходного напряжения
при ШИР определяются из соотношений:

U нср
2U вх U вх
2 uвх
 
dt 


T 0 k тр
T  k тр k тр

U нэф
2
uвх
2
k
0 тр
2


T
dt 

2
2U вх
2
Tkтр
U вх


k тр
где относительная длительность импульса выходного напряжения:
2t
0    1
T
Многократная равномерная однополярная ШИМ
с регулированием по синусоидальному закону
Uр
Uу
U ук1
t
t
U ук2
t
U ук3
t
U ук4
t
U и
U н
t
Методика проектирования преобразователей
на основе инвертора напряжения:
1. Анализ исходных данных технического задания .
2. Выбор (разработка) силовой цепи инвертора.
3. Описание принципа работы преобразователя с использованием временных
диаграмм напряжений и токов, характерных для выбранного инвертора.
4. Расчет электрических параметров элементов силовой цепи.
5. Разработка схемы управления.
6. Для источников питания на основе инвертора расчет статической точности
и устойчивости замкнутой системы.
7. Моделирование (макетирование) узлов и системы в целом.
Автономные однофазные инверторы напряжения
используют в качестве :
а) регулирующих органов гальванически
развязанных одно и многоканальных источников
вторичного питания;
б) источников питания двигателей переменного тока малой
мощности при отсутствии сети переменного тока.
Вопросы для самоконтроля
1. Какие схемы инверторов напряжения Вы знаете?
2. Чем определяется амплитуда и длительность
сквозного тока в схеме инвертора с нагрузкой
переменного тока?
3. В каких случаях возникает процесс энергообмена
нагрузки с питающей сетью, и при каких условиях он
возможен?
4. Когда нужны в схеме инвертора обратные диоды. На
какое напряжение и на какой средний ток они
выбираются?
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Основная литература
1.Кобзев А.В., Коновалов И.Б., Семенов В.Д. Энергетическая электроника:
Учебное пособие. В 2-х частях — Томск: Томский межвузовский центр
дистанционного образования, 2012. — Ч.1. — 102 с.
2. Мишуров В.С., Семенов В.Д.
Энергетическая электроника: Учебное методическое пособие. — Томск:
Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2012. — 174 с.
Дополнительная литература
1. Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характеристики,
применение. – М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2001. – 364 с.
2. Высокочастотные транзисторные преобразователи / Э.М. Ромаш и др. – М.: Радио и
связь, 1988. – 288 с.
3. Моин В.С. Стабилизированные транзисторные преобразователи. – М.:
Энергоатомиздат, 1986. – 376 с.
4. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 296 с.
5. Сергеев Б.С. Схемотехника функциональных узлов источников вторичного
электропитания: Справочник. – М.: Радио и связь, 1992. – 224 с.
Спасибо за внимание
Вопросы и пожелания можно присылать через диспетчерский
отдел ФДО
Высылайте вопросы по дисциплине «Энергетическая
электроника». На следующих занятиях они будут рассмотрены.
Следующее занятие будет посвящен инвертору тока,
многофазным инверторам, преобразователю со звеном
повышенной частоты.
Посмотрите:
- разделы 3.4-3.5 учебного пособия «Энергетическая электроника»
Кобзев А.В. и др.
- параграфы 3.3 учебно-методического пособия
" Энергетическая электроника " Семенов В.Д., Мишуров В.С.