Инверторы подразделяются на зависимые (ведомые сетью) и автономные (независимые).
Автономный инвертор работает на автономную нагрузку, не содержащую других источников энергии той же частоты, что и выходная частота инвертора.
Автономные инверторы, так же как и зависимые, могут работать с естественной и искусственной коммутацией. Естественная коммутация автономного инвертора имеет место при его работе на перекомпенсированные синхронные двигатели, на статорные обмотки вентильного двигателя и т. д. Однако чаще всего в автономных инверторах, выполненных на тиристорах, применяется искусственная коммутация вентилей.
В зависимости от режима работы источника питания инвертора и особенностей протекания в нем электромагнитных процессов различают инверторы напряжения, тока и резонансные инверторы. Наиболее широкое применение получили инверторы напряжения и тока. Резонансные инверторы выполняются на частоту выходного напряжения в несколько единиц и десятков килогерц и используются в основном в электротермии.
Классические схемы автономных инверторов напряжения и тока приведены соответственно на рис.2.13,а,б. Напряжение и ток нагрузки формируются в этих схемах при поочередном переключении вентилей VS1, VS2 и VSЗ, VS4.
Рис. 2.13. Схемы и диаграммы автономных инверторов напряжения (а) и тока (б)
Питание инвертора напряжения (рис.2.13,а) производится от источника напряжения. В связи с этим форма напряжения определяется алгоритмом переключения тиристоров, а форма тока зависит от характера нагрузки. Реактивная мощность нагрузки компенсируется за счет введения конденсатора достаточно большой емкости. Обмен реактивной энергией между нагрузкой и конденсатором возможен благодаря подключению так называемого обратного выпрямителя (моста реактивного тока), образованного из неуправляемых вентилей.
Инвертор тока (рис.2.13,6) получает питание от источника тока, для чего в цепь постоянного тока включена достаточно большая индуктивность L, и поэтому . Форма выходного тока определяется только порядком переключения тиристоров, а форма напряжения зависит от характера нагрузки. Изображенная на рис.2.13,б форма кривой тока предполагает возможность мгновенного изменения тока в цепи нагрузки, что невозможно, если нагрузка инвертора носит индуктивный характер. Однако, если нагрузку зашунтировать конденсатором достаточно большой емкости, то мгновенное изменение тока оказывается возможным. Таким образом, общая нагрузка инвертора тока должна иметь емкостный характер. При этом конденсатор должен компенсировать не только реактивную мощность нагрузки , но и инвертора. Последнее означает, что при условии мгновенной коммутации тиристоров к запираемому вентилю должно быть приложено отрицательное напряжение в течение времени, определяемого углом и необходимого для восстановления его управляющих свойств. На рис.2.13,б изображены кривые напряжения на конденсаторе , которое равно напряжению на нагрузке, и на тиристоре .
При регулировании частоты выходного тока необходимо изменять емкость конденсатора обратно пропорционально квадрату частоты для сохранения постоянства угла . Это приводит к очень большой величине емкости при низких частотах. Поэтому схема, представленная на рис.2.13,б, практически не применяется, используются более сложные схемы.
В зависи
мости от того, как включен конденсатор по отношению к нагрузке, инверторы тока и напряжения разделяются на параллельные, последовательные и последовательно-параллельные. В параллельном инверторе (рис.2.13,б) коммутирующий конденсатор подключается параллельно нагрузке.
Последовательные и последовательно-параллельные инверторы находят применение в устройствах, где требуется повышенная частота выходного напряжения (2000…50000 Гц). Поэтому далее излагаются принципы работы параллельных инверторов напряжения и тока, используемых для управления электрическими машинами переменного тока.
Автономные тиристорные инверторы в зависимости от организации процесса коммутации разделяются на инверторы с междуфазовой, пофазной, групповой, общей и индивидуальной коммутацией. В дальнейшем на примере конкретных схем автономных инверторов рассматриваются некоторые виды коммутаций, нашедших наиболее широкое применение.
Принцип работы, характеристики и анализ электромагнитных процессов автономных инверторов рассмотрим сначала на примере преобразователя, выполненного на транзисторах. Особенности работы, связанные с коммутационными процессами в преобразователе, излагаются при анализе тиристорных инверторов напряжения и тока.