9.5. РЕЗОНАНСНЫЕ ИНВЕРТОРЫ

Для формирования переменного напряжения повышенной частоты (от 0,5 до ) 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 приведена на рис. 9.13. В цепь нагрузки последовательно подключен конденсатор С, поэтому такой инвертор называется последовательным. Цепь представляет собой последовательный колебательный контур с высокой добротностью (для чего должно быть мало) и резонансной частотой . Запирание однооперационных тиристоров в таком инверторе происходит при спаде тока к нулю в колебательном контуре.

В момент (рис. 9.14, а) подают управляющие импульсы на , направление тока в колебательном контуре показано на рисунке. Конденсатор С заряжается до напряжения , полярность которого показана на рис. 9.13. В момент ток контура, который изменялся по синусоидальному закону, спадает до нуля, при этом и V4 запираются.

Рис. 9.13. Резонансный инвертор с обратными диодами

Затем направление тока изменяется на противоположное, этот ток начинает протекать по контуру — , напряжение на конденсаторе уменьшается. На интервале к и приложено небольшое обратное напряжение, равное падению напряжения на проводящих ток диодах и V40. На этом интервале происходит восстановление запирающих свойств тиристоров . Длительность интервала выбирается не менее времени выключения тиристоров (см. § 1.8). Затем в момент t3 подают управляющие импульсы на У2 и V3 и ток переходит с диодов на эти тиристоры. На интервале ток протекает по контуру , напряжение на конденсаторе изменяет свой знак и достигает максимума в момент , когда ток уменьшается до нуля. На интервале (длительностью не меньше ) ток протекает через V20 и далее процесс повторяется.

Наибольшая мощность выделяется в нагрузке при частоте управления инвертора f, максимально близкой к резонансной частоте контура , однако всегда должно соблюдаться неравенство , так как если длительность интервалов и 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). Временные диаграммы в этом режиме представлены на рис. 9.14,б. На интервале работают тиристоры V1—V4, направление тока указано стрелкой на рис. 9.13, мощность из источника питания передается в нагрузку.

Рис. 9.14. Временнйе диаграммы токов и напряжения в резонансном инверторе в режиме непрерывного (а) и прерывистого (б) токов

В момент ток в контуре изменяет свой знак, ток протекает через обратные диоды по контуру . При этом нагрузка возвращает часть энергии, накопленной в реактивных элементах, в источник питания. Напряжение на конденсаторе уменьшается, однако из-за потерь в контуре оно не достигает нулевого значения.

В момент ток через диоды спадает к нулю. Бестоковая пауза продолжается до тех пор, пока с момент не будут поданы управляющие импульсы на силовые тиристоры V2 и V3. Во время бестоковой паузы напряжение на конденсаторе неизменно. В момент 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 конденсатор (последовательно-параллельный инвертор).