Транзисторный инвертор напряжения

Министерство образования Российской Федерации

Северо-Западный заочный технический университет

Реферат по предмету

Силовые преобразовательные установки

Тема: «Транзисторный инвертор напряжения»

Выполнил Кузьмина М.С            

Шифр: 31-5630

Специальность: 140211

5 курс

Санкт-Петербург

2008

Идеальный инвертор напряжения может быть выполнен только на полностью управляемых вентилях и, в частности, на биполярных транзисторах, работающих в ключевом режиме.

Рассмотрим принцип его действия на примере однофазной мостовой схемы, собранной на транзисторах типа P-N-P Т1...Т4, встречно-параллельно которым включены диоды Д1...Д4. Введем допущения: транзисторы и диоды являются идеальными, т.е. в запертом состоянии они полностью закрыты, а падение напряжения в их открытом состоянии равняется 0; емкость конденсатора фильтра на входе инвертора бесконечно велика.

Рис. 1

Кривые напряжения и токов рассматриваемого инвертора с учетом принятых допущений построены в функции времени J=wt на рис 2. Здесь относительно осей 1 и 2 помещены прямоугольные импульсы напряжения база-эмиттер транзисторов Uбэ2=-Uбэ3 и Uбэ1=-Uбэ4. Относительно оси 3 построены кривые напряжения и тока нагрузки, а относительно оси 4 –кривая входного тока инвертора.

В интервале времени J1J2 открыты транзисторы Т2 и Т4 и направление тока нагрузки соответствует стрелке. При этом энергия поступает из электрического поля конденсатора Cd в нагрузку, где она частично расходуется в активном сопротивлении Rн, а частично запасается в магнитном поле катушки Lн.

В момент J2 напряжения база-эмиттер транзисторов меняют полярность, и транзисторы Т2 и Т4 запираются. Из-за наличия в цепи индуктивности ток нагрузки i скачком изменится не может. Если бы в схеме отсутствовали диоды, то в момент J2 возникли бы огромные перенапряжения, которые привели к пробою транзисторов. При наличии диодов перенапряжения не возникают, так как в момент J2 под действием ЭДС самоиндукции, наводимой в индуктивности Lн, отпираются диоды Д1 и Д3, вследствие чего ток в нагрузке не прекращается и сохраняет в ней прежнее направление. Но поскольку он течет теперь через диоды, а не через транзисторы. То его направление во входной цепи инвертора больше не совпадает со стрелкой на рис.1: за счет энергии, запасенной в индуктивности нагрузки, он направлен в обратную сторону, т.е. в сторону положительной обкладки конденсатора Cd. Энергия, запасенная в индуктивности нагрузки при этом частично расходуется в активном сопротивлении нагрузки Rн, а частично возвращается через диоды в конденсатор фильтра Cd, что дает основание называть диоды обратными.

В некоторый момент времени J3 энергия, запасенная в индуктивности , оказывается полностью израсходована, ток достигает нуля, и диоды Д1 и Д3 закрываются. При этом прекращается шунтирование транзисторов Т1 и Т3. И их коллекторное напряжение становится положительным. Поскольку напряжение база-эмиттер этих транзисторов в данный момент тоже положительно. То они отпираются. Тем самым образуется новая цепь тока, по которой энергия снова начинает поступать из конденсатора фильтра Cd, в нагрузку, где она частично запасается в индуктивности. Направление тока теперь противоположно указанной на рисунке 1 стрелке.

Интервал проводимости транзисторов Т1 и Т3 продолжается до момента J4, когда напряжения база-эмиттер меняют полярность. При этом открываются диоды Д2 и Д4, и в конденсатор фильтра вновь начинает возвращатся энергия, запасенная в индуктивности нагрузки Lн. В момент J5 эта энергия оказывается израсходованной. И диоды Д2 и Д4 закрываются, что приводит к открытию транзисторов Т2 и Т4, через которые энергия опять начинает поступать из конденсатора в нагрузку и т. д.

Таким образом, между конденсатором входного фильтра Cd и индуктивностью Lн осуществляется периодический обмен энергии.

В рассматриваемом инверторе при принятых допущениях в последовательной цепи между источником питания и нагрузкой нет ни активных, ни реактивных сопротивлений, и поэтому модуль выходного напряжения в любой момент времени равняется напряжению источника питания  Ud. В интервалах проводимости плеч моста, обозначенных четными номерами, левый по схеме зажим нагрузки имеет положительный потенциал, а в интервалах проводимостей нечетных плеч моста – отрицательный потенциал. Таким образом, кривая выходного напряжения инвертора имеет прямоугольную форму со строго стабильной амплитудой, не зависящей от параметров нагрузки (рис 2, ось 3). В этом заключается серьезное преимущество инвертора напряжения перед инвертором тока. В котором как выше отмечалось, выходное напряжение сильно зависит от параметров нагрузки, и его амплитуда резко возрастает при приближении к холостому ходу.

Важным достоинством инвертора напряжения по сравнению с инвертором тока является возможность широтно-импульсного  регулирования его выходного напряжения.