4.11. Инвертирование постоянного напряжения и тока

Инвертирование, как преобразование, возможно осуществить только с помощью управляемых нелинейных элементов (транзисторов, тиристоров, запираемых тиристоров).

Инвертирование – это преобразование, обратное выпрямлению. Входной величиной является постоянное напряжение, а выходной – переменное (рис. 4.65).

Создадим схему простейшего инвертора с помощью ключевых элементов (рис. 4.66), функцию которых могут выполнять транзисторы, тиристоры, и запираемые тиристоры. В этом случае работу инвертора можно рассмотреть на базе теории переходных процессов. Если одновременно замкнуть ключи 1 и 2, то будет наблюдаться переходный процесс включения нагрузки на постоянное напряжение.

Рассмотрим режим работы с момента времени t = 0. Пусть в этот момент замыкаются ключи 1 и 2. К нагрузке прикладывается напряжение слева направо. В момент времени t1 замыкаются ключи 3 и 4, а ключи 1 и 2 размыкаются.

При этом полярность напряжения на нагрузке меняется (рис. 4.67). Если в момент времени t2 вновь замкнуть ключи 1 и 2, то получим двухполярное прямоугольное напряжение.

Рассмотрим работу инвертора на примерах конкретной нагрузки.

Работа инвертора на rL-нагрузку

Дано:

нагрузка, состоящая из активно-индуктивных сопротивлений Zн(r,L), источник постоянной ЭДС.

Пусть требуется найти ток нагрузки инвертора.

Исследовать процессы в r-L-нагрузке на периоде повторения будем на базе переходных процессов. Заменим заданную схему (рис. 4.66) схемой замещения (рис. 4.68) и рассмотрим переходные процессы включения цепи на ЭДС E12 и E34.

По величине эти ЭДС равны E. Тогда при t = 0 формируется схема, процессы в которой описываются уравнением:

.

Его решение:

.

В момент времени t = t1 процессы описываются уравнением:

.

Его решение имеет вид:

.

В этом решении:

. Найдем постоянную интегрирования А из условия:

,

отсюда

или .

Дальнейшие процессы повторяются. Примерный вид тока показан на рис. 4.67 или на рис. 4.69 (сплошная жирная линия)

Переходный процесс будет идти до тех пор, пока постоянные интегрирования А1 и А2 не станут равными.

Важно обеспечить строгое равенство интервалов 1 и 2.

Работа инвертора на rC- нагрузку

В цепи (см. рис. 4.68) подставим вместо L-элемента С-элемент. Начнем расчет из условия: Uc(0_) = 0, тогда решение для тока первого интервала будет иметь вид:

.

Для напряжения на конденсаторе решение равно:

.

Во втором интервале эти решения будут аналогичными. В совокупности эти решения представлены на (рис. 4.70).