Invertoare

Convertizoarele c.a. – c.c., cu circuit intermediar, fig. 3.1, transformă energia de intrare, de tensiune, Ui şi frecvenţă fi constante, în mărimi de ieşire Ue şi fe, variabile.

Fig. 3.1. Schemă bloc. Ele sunt compuse din:

1) redresor comandat sau necomandat;

2) circuit intermediar de tensiune sau curent continuu;

3) convertor c.c. – c.a., numit şi invertor.

3.1. Modulaţia în invertoare.

Prin modulaţie se înţelege modul de comandă utilizat pentru invertor în vederea obţinerii unor tensiuni şi frecvenţe de ieşire dorite. În prezent se folosesc mai multe tipuri de modulaţii, în funcţie de performanţele de ieşire dorite, puterea şi semiconductoarele utilizate.

3.1.1. Modulaţia în undă dreptunghiulară (rectangulară).

Principiul modulaţiei rectangulare se va prezenta pentru un ondulor monofazat în punte cu circuit intermediar de tensiune, fig. 3.2. Circuitul intermediar de tensiune realizat prin capacitatea C, realizează alimentarea invertorului la tensiune continuă, Vd – constantă.

Fig. 3.2. Ondulor monofazat în punte.

Sarcina invertorului se consideră de tipul R+L, clasică pentru c.a. Comanda rectangulară este prezentată în figura 3.3. Comanda este structurată pe o perioadă Tc repetabilă numită perioadă de comutaţie. Logica de comandă a comutatoarelor statice:

- prima jumătate de perioadă: şi - închise; şi - deschise;

- a doua jumătate de perioadă: şi - deschise; şi - închise;

În funcţie de starea comutatoarelor statice, în figura 3.3, sunt prezentate tensiunile şi , precum şi tensiunea de ieşire:

(3.1)

Rezultatul, , este o tensiune alternativă dreptunghiulară, cu variaţie între şi . Tensiunea este nesinusoidală, dar fiind periodică se poate descompune în:

(3.2)

unde: (3.3)

Fundamentala tensiunii , de frecvenţă:

(3.4)

este dată de: , (3.5)

având valoarea efectivă:

; (3.6)

Fig. 3.3. Modulaţia în undă dreptunghiulară. Din (3.2) şi (3.5) rezultă:

- frecvenţa fundamentalei poate fi modificată în limite largi prin modificarea frecvenţei de comutaţie fc;

- valoarea efectivă V1 este constantă, neputându-se regla;

- dacă se doreşte modificarea lui V1 onduloare, trebuie alimentat de la un redresor comandat cu Vd variabil.

Conţinutul de armonici este bogat, conţinând toate armonicile impare. Valoarea efectivă a armonicii de ordin k este:

; (3.7)

rezultând spectrul din figura 3.3 - a. Se constată o atenuare rapidă a valorii efective odată cu creşterea rangului armonicii.

Fig. 3.3 – a. Spectrul de armonici

Spectrul de armonici al curentului , (fig. 3.3), conţine aceleaşi armonici, însă amplitudinea acestora este mult redusă. Astfel, valoarea efectivă a armonicii de rang k a curentului este dată de relaţia:

; (3.8)

fiind cu atât mai mici cu cât rangul armonicii este mai mare.

Aşadar fundamentala curentului mult mai importantă ca valoare, în raport cu conţinutul de armonici superioare. De asemenea, în figura 3.3 este prezentată şi variaţia curentului absorbit de la sursa , .

În sfârşit, o ultimă problemă este cea a închiderii conducţiei prin semiconductoarele invertorului. Pentru a se prezenta acest lucru în figura 3.3 este reprezentată fundamentala curentului defazată cu unghi  în urma tensiunii . Se disting 4 intervale diferite din punct de vedere al conducţiei:

Intervalul 1:

- comandate şi ;

- >0;

- conduc comutatoarele statice comandate şi circulaţia de putere este de la sursă spre sarcină.

Intervalul 2:

- comandate şi ;

- >0;

- conduc diodele şi , circulaţia de putere fiind de la sarcină spre sursă.

Intervalul 3:

- comandate şi ;

- <0;

- conduc comutatoarele statice comandate şi circulaţia de putere este de la sursă spre sarcină.

Intervalul 4:

- comandate şi ;

- <0;

- conduc diodele şi , circulaţia de putere fiind de la sarcină spre sursă.

Rezultă două lucruri importante:

- conducţia are loc prin comutatoarele statice comandate sau diodele antiparalel, curentul neputându-se întrerupe;

- circulaţia de putere este bidirecţională, de la sursă la sarcină, convertorul funcţionând ca invertor şi de la sarcină la sursă, convertorul funcţionând ca redresor cu diode.