Автономные инверторы резонансного типа, их силовые схемы, основные свойства.

Для формирования переменного напряжения повышенной частоты (от 0,5 до 10 кГц) используются резонансные инверторы. Наиболее распространенной областью их использования является электротермия, где они применяются для питания установок индукционного нагрева. Резонансные инверторы обычно работают на однофазную нагрузку. Схема мостового однофазного резонансного инвертора представлена ниже.

В цепь нагрузки R_нL_н последовательно включен конденсатор C, поэтому такой инвертор называется последовательным. Цепь R_нL_нC представляет собой последовательный колебательный контур с высокой добротностью и резонансной частотой:

Запирание однооперационных тиристоров в таком инверторе происходит при спаде тока к нулю в колебательном контуре.

В момент t₁ (временные диаграммы) подают управляющие импульсы на V₁ и V₄, направление тока в колебательном контуре i_н показано на рисунке. Конденсатор C заряжен до значения U_m, полярность которого показана на схеме. В момент t₂ ток i_н контура, который изменялся по синусоидальному закону, спадает до нуля, при этом V₁ и V₄ запираются. Затем направление тока i_н изменяется на противоположное, этот ток начинает протекать по контуру –E – V₄₀ – R_нL_нC – V₁₀ – +E, напряжение на конденсаторе уменьшается. На интервале t₂ – t₃ к V₁ и V₄ приложено небольшое обратное напряжение, равное падению напряжения на проводящих ток диодах. Длительность интервала t₂ – t₃ выбирается не менее времени включения тиристоров. Затем, в момент t₃ подают управляющие импульсы на V₂ и V₃ и ток переходит с диодов на эти тиристоры. На интервале t₃ – t₄ ток i_н протекает по контуру +E – V₃ – R_нL_нC – V₂ – –E, напряжение на конденсаторе изменяет свой знак и достигает максимума в момент t₄, когда ток i_н уменьшается до нуля. На интервале t₄ – t₅ (длительностью не меньше t_в) ток i_н протекает через V₂₀ и V₃₀, далее процесс повторяется.

Наибольшая мощность выделяется в нагрузке при частоте управления инвертора f, максимально близкой к резонансной частоте контура f₀, однако всегда должно выполняться неравенство f₀ > f, так как если длительность интервалов t₂ – t₃ и t₄ – t₅ будет меньше минимальной, схемное время, предоставляемое для выключения вентилей, будет недостаточным для надежного запирания тиристоров. При уменьшении частоты, с которой подаются управляющие импульсы на тиристоры, мощность, отдаваемая в нагрузку, снижается, при дальнейшем уменьшении частоты f интервалы протекания тока через контур чередуются с бестоковыми паузами (режим прерывистого тока). На временной диаграмме, б. На интервале t₁ – t₂ работают V₁ – V₄, направления тока i_н указано стрелкой на схеме, мощность из источника питания передается в нагрузку. В момент t₂ ток в контуре изменяет свой знак, ток протекает через обратные диоды по контуру –E – V₄₀ – R_нL_нC – V₁₀ – +E. При этом нагрузка возвращает часть энергии, накопленной в реактивных элементах, в источник питания. Напряжение на конденсаторе u_C уменьшается, однако из-за потерь в контуре оно не достигает нулевого значения.

В момент t^’₂ ток через диоды спадает к нулю. Бестоковая пауза продолжается до тех пор, пока в момент t₃ не будут поданы управляющие импульсы на силовые тиристоры V₂ и V₃. Во время бестоковой паузы напряжение на конденсаторе неизменно. В момент t₃ начинается формирование второй половины периода выходной частоты инвертора. При таком режиме прерывистого тока мощность в нагрузке меньше, а кривые тока и напряжения на нагрузке сильнее отличаются от синусоиды, чем в режиме непрерывного тока. Поэтому режим прерывистого тока применяется редко. Для того чтобы приблизить кривую напряжения на нагрузке к синусоидальной, часто параллельно нагрузке включают (последовательно-параллельный инвертор).

Достоинства:

· Схема простая, надежная, дешевая.

Недостатки:

· Ограниченный диапазон регулирования частоты тока нагрузки.

· Проблемы с рекуперацией энергии.