Одноступенчатая и двухступенчатая коммутация силовых ключей в схемах автономных инверторов. Основные особенности. Применение.

Характерной особенностью всех рассмотренных выше автономных инверторов является то, что для выключения рабочего вентиля необходимо включить очередной вентиль и таким образом ток нагрузки в процессе коммутации переходит с одного рабочего вентиля на другой. Этот способ коммутации получил название одноступенчатого.

Рис.1 Инвертор напряжения с одноступенчатой коммутацией

Существуют схемы инверторов, где выключение рабочего вентиля не связано с включением очередного вентиля, а осуществляется при помощи специального коммутирующего вентиля, вводящего в действие одну из схем принудительной коммутации (рис.4.11 – 4.16)

При активно-индуктивной нагрузке инвертора рабочий ток после выключения силового вентиля переходит на вентиль обратного тока, а уже затем на очередной вентиль, т.е. коммутационный процесс проходит в две ступени (двухступенчатая коммутация). Коммутационный узел может быть предусмотрен на каждый силовой вентиль инвертора (повентильная коммутация), на два вентиля, работающих в одной фазе (пофазная коммутация), на группу тиристоров в мостовой схеме (групповая коммутация), и весь инвертор (общая коммутация).

В качестве примера рассмотрим однофазный мостовой инвертор напряжения с пофазной двухступенчатой коммутацией (рис.4.38).

Здесь для запирания рабочих тиристоров T₁ – Т₄ служат два колебательных контура L_kС_k, управляемые коммутирующими тиристорами Т_{1 k} – Т_{4 k} . Предположим, что от предыдущей коммутации на конденсаторах С_k, остался заряд, полярность которого указана без скобок, а ток проводят тиристоры Т₁ и Т₃. В нужный момент времени для запирания тиристоров Т₁ и Т₃ открываются тиристоры Т_{1 k} и Т_{3 k} и начинается колебательный перезаряд конденсаторов С_k, по цепям (L_{k 1} – Т₁ – Т_{1 k} ,) и (L _{2 k} – Т₃ – Т_{3 k} ), в результате чего тиристоры Т₁ и Т₃ закрываются, когда ток колебательного контура достигает тока нагрузки, а затем процесс перезарядки будет продолжаться уже по цепи вентилей В₁ и В₃ вместо закрывающихся тиристоров Т₁ и Т₃, которые в это время восстанавливают управляющие свойства, т.к. к ним приложены в запирающем направлении прямые падения напряжения на вентилях В₁ и В₃. В результате перезаряда полярность напряжения на конденсаторах C_{k 1} и С_{k 2} изменяется на противоположную, а тиристоры Т₁ и Т₃ закрываются. И когда откроются тиристоры Т₂ и Т₄, то для их запирания достаточно открыть коммутирующие тиристоры Т_{2 k} и Т_{4 k} , в результате чего конденсаторы С_{k 1} и С_{k 2} перезарядятся до исходной полярности.

Таким образом, включение тиристоров Т₁ и Т₃ не связано с включением тиристоров Т₂ и Т₄ и выходное напряжение инвертора может иметь вид (рис.4.39).

Это позволяет осуществить в инверторах с двухступенчатой коммутацией методы широтно-импульсного регулирования (ШИР), когда выходное напряжение инвертора формируется в виде импульсов одинаковой длительности, а регулирование напряжения осуществляется изменением соотношения длительности импульсов t _и длительности паузы t _п. Еще одним важным достоинством двухступенчатой коммутации является возможность широтно-импульсной модуляции (ШИМ), когда выходное напряжение формируется в виде импульсов переменной за период длительности, модулируемых по заданному закону (синусоидальному, трапецеидальному и т.д.), что позволяет снизить содержание высших гармоник. По способам формирования сигналов с ШИМ различают пять родов, из которых в силовой преобразовательной технике применяется только два: ШИМ первого рода и ШИМ второго рода.