Инверторы напряжения.
4.4.1. Последовательное включение активно-индуктивной нагрузки.
На рисунке 47,а представлена схема инвертора на транзисторах Т1 – Т4, зашунтированных в обратном направлении диодами D1 – D4, которые служат для возврата реактивной мощности нагрузки в источник постоянного тока.
Когда открыты транзисторы Т1 и Т4, напряжение на нагрузке имеет полярность, указанную (без скобок), а ток нагрузки нарастает по экспоненциальному закону.
В момент π запираются транзисторы Т1, Т4, а Т2, Т3 отпираются. Поскольку ток iH в индуктивности нагрузки не может измениться скачком, то он продолжает протекать в том же направлении, но уже не через транзисторы Т1 и Т4, а через диоды D3 и D2, включаются
Т1,Т4 из-за противо э.д.с. индуктивности нагрузки, превышающей напряжение источника питания Ud.
Включение диодов D3 и D2 приводит к изменению знака напряжения нагрузки (полярность в скобках).
Под воздействием встречного напряжения ток нагрузки iH изменяется до нуля (в момент Θ1), диоды D3 и D2 выключаются, и ток нагрузки начинают проводить транзисторы Т2 и Т3. Далее аналогичные процессы периодически повторяются.
Таким образом, на нагрузке будет напряжение прямоугольной формы. Ток нагрузки будет иметь экспоненциальную форму, а значение его определится параметрами нагрузки.
Ток через обратновключённые диоды D1 – D4 будет протекать на интервалах, начало которых совпадает с моментом поступления управляющих сигналов, а длительность зависит от индуктивности нагрузки.
Отсутствие диодов в схеме приводило бы к появлению недопустимых перенапряжений на транзисторах.
Диаграмма тока, потребляемого от источника постоянного напряжения id, приведена на рисунке 47,б. На этой диаграмме положительные площади соответствуют отдаче энергии источником постоянного напряжения, а отрицательные – приёму.
Дифференциальное уравнение для тока нагрузки на интервалах Θ0 ÷π и π ÷Θ1, имеет вид
,
где знак «+» соответствует интервалу Θ0 ÷π;
знак «-» соответствует интервалу π ÷Θ1;
ω = 2π/Т.
Ток в нагрузке
.
Средние значения токов тиристоров и диодов можно найти интегрированием уравнения (*) на интервалах Θ0 ÷π и π ÷Θ1. Токи в элементах инвертора являются функциями параметров нагрузки, в то время как в инверторе тока параметры нагрузки определяют форму и значение выходного напряжения.
Разложив кривую прямоугольной формы в гармонический ряд, получим амплитуду первой гармоники выходного напряжения 
.
Если источник, питающий инвертор напряжения имеет одностороннюю проводимость, то его необходимо шунтировать конденсатором для приёма возвращаемой из нагрузки энергии.
4.4.2. Параллельное включение активно-индуктивной нагрузки.
В этой схеме (рис.48,а) ток в нагрузке iH можно представить в виде суммы двух токов: 
.
Ток в индуктивности 
.
Ток в активном сопротивлении 
.
Ток в нагрузке будет равен 
.
Диаграмма токов представлена на рисунке 48,б. Интервал π ÷Θ1 соответствующий возврату энергии нагрузки в источник через обратно включённые диоды D3,D2.
Действующее значение тока нагрузки 
. Выходное напряжение имеет прямоугольную форму, и первая гармоника его определяется .
Среднее значение токов:
¾ для транзисторов 
;
¾ для диодов 
,
где SH – полная мощность нагрузки;
UH – действующее значение выходного напряжения;
cosφH – коэффициент мощности нагрузки.
Итак, параметры нагрузки для данного класса схем влияют в основном на характер изменения токов, в то время как выходное напряжение остаётся практически неизменным.
4.4.3. Инверторы напряжения на тиристорах.
При рассмотрении работы выделяют два существенно различных интервала времени – некоммутационный и коммутационный. Первый определяется частотой переключения основных тиристоров.
Длительность интервала коммутации определяется параметрами RC – контура и значительно короче интервала между коммутациями.
На рисунке 49,б представлены диаграммы токов и напряжений на элементах схемы, в которой контур искусственной коммутации непосредственно связан с силовой цепью.
Коммутационные интервалы Θ0 ÷ Θ2 специально растянуты.
Пусть ток проводит тиристор Т1 , и конденсатор Ск заряжен с полярностью, указанной без скобок.
В момент Θ0 включается Т2, в результате возникает в цепи Т2 – Т1 - СК разрядный ток iк, направленный навстречу приведенному току вторичной обмотки i/Н.
Когда суммарный ток 
станет равен нулю, тиристор Т1 выключается.
После включения тиристора Т2 конденсатор СК начинает перезаряжаться, и напряжение на нём уменьшается. При этом индуктивность LК ограничивает скорость перезаряда конденсатора.
Время для восстановления тиристора 
С момента Θ1, напряжение на конденсаторе изменяет полярность, и моменту Θ2 становится равным 2Ud (c полярностью в скобках). Оно становится равным напряжению на двух полуобмотках трансформатора (к полуобмотке 0 – в приложено напряжение Ud, такое же напряжение трансформируется на полуобмотку а – 0_.
В момент Θ2 напряжение на обратном диоде D2 становится равным нулю, и если он идеален, то он включается, и ток нагрузки под воздействием противо э.д.с. со стороны индуктивности нагрузки начинает протекать через него в источник.
В момент включения диода D2 перезаряд Ск заканчивается, и ток нагрузки, который протекал через него, начинает протекать через диод D2.
Начиная с момента окончания коммутации Θ2, ток нагрузки протекает через диод D2 и полуобмотку 0 – в в источник, постепенно спадая до нуля.
В момент Θ3 D2 выключается, а тиристор Т2 включается.
Одним из недостатков схемы является эффект постепенного накопления энергии в индуктивности LК при перезарядке конденсатора Ск.
Для устранения его обратные диоды подключаются к отводам первичной обмотки (на рис. пунктир). Эти витки трансформатора создают противо э.д.с., обеспечивающую возврат накопленной в индуктивности LК энергии в источник питания.
4.4.4. Трёхфазные инверторы напряжения.
Обычно выполняются на основе трёхфазных мостовых схем (рис.50,а).
На работу инвертора влияют такие факторы, как схема соединения нагрузки (Y или Δ), способ регулирования выходного напряжения, характер нагрузки и т.д.
Инвертор выполнен на транзисторах, продолжительность открытого состояния каждого составляет π. Нагрузка активно-индуктивная и соединённая в Δ.
На диаграмме приведены условные функции Т1 – Т6, указывающие состояние транзисторов.
На интервале 0 ÷ π/3 включены транзисторы Т1, Т6, Т5. При этом 
.
В момент Θ = π/3 выключается Т5 и включается Т2. При этом 
.
Затем в Θ = 2π/3 выключается Т6, включается Т3 и происходят соответствующие изменения выходного напряжения и т.д.
Переключение транзисторов по указанной программе приводит к формированию прямоугольной формы, первые гармоники которых сдвинуты друг относительно друга на угол 2π/3, и образуют трёхфазную симметричную систему напряжений. Т.к. нагрузка активно-индуктивная, то токи в фазах отстают от напряжений.
Для возврата энергии из нагрузки в источник постоянного тока в схеме предусмотрены обратные диоды D1 – D6.
Трёхфазные инверторы напряжения большой мощности выполняются на тиристорах.
4.4.5. Резонансные инверторы.
Коммутация тиристоров происходит под воздействием колебательного LC–контура.
Схемы резонансных инверторов в основном используются для получения напряжения высокой частоты.
Так же, как и в инверторах тока, среди них можно выделить параллельные, последовательные и параллельно-последовательные инверторы.
Схема последовательного инвертора является наиболее распространённой и представлена на рисунке 51.