Казачковський_аппч2

131

Найбільш поширеним різновидом ключів для АІН із ШІМ є IGBT- транзистори. Одноопераційні тиристори в сучасних інверторах не використовуються, оскільки ані вони самі, ані схеми їх штучної комутації не спроможні працювати за високих частот комутації.

Приклад 3.5. Гармоніки струму трифазного інвертора з ШІМ

Трифазний інвертор із синусоїдальною ШІМ живиться від джерела напруги Ud =400 В. Вихідна частота f =50 Гц. Частота модуляції fм =2 кГц. Роз-

рахувати коефіцієнти гармонік та викривлень струму навантаження для глибини модуляції =1 з урахуванням шести вищих гармонік із найбільшими амплітудами для навантаження з прикладу 3.3.

Кратність частоти модуляції

Номери вищих гармонік k =36, 38, 42, 44, 79, 81.

Їхні амплітуди для =1 згідно з рис. 3.46 зведені до табл. 3.2.

Методика розрахунків опорів та струму та ж сама, що й у прикладі 3.3. Результати розрахунків опорів та гармонік струму наведені у табл. 3.2.

Діюче значення струму за даними табл. 3.2

В) Регулювальні характеристики АІН із ШІМ

Регулювальною характеристикою інвертора з ШІМ є залежність амплітуди першої гармоніки вихідної напруги від амплітуди напруги керування. Ця характеристика є прямою лінією (рис. 3.50), нахил якої залежить від схеми ін-

132

вертора та амплітуди опорної напруги. Її можна отримати з виразів для коефіцієнту модуляції (3.5), (3.6):

Um(1) Umm Uкm kUкm,

Uопm

де k du Umm – коефіцієнт передачі інвертора (за першою гармонікою). duк Uопm

Унаслідок обмеження на максимальний коефіцієнт модуляції реально використовуються лише ділянки ОА та ОВ регулювальних характеристик. РХ у режимі перемодуляції зображені переривистими лініями. Їхніми асимптотами є рівні амплітуд перших гармонік напруги відповідних інверторів з амплітудною модуляцією (п. 3.1 та 3.3).

Приклад 3.6. Регулювальна характеристика трифазного АІН із ШІМ

Напруга живлення трифазного АІН із ШІМ Ud =400 В, амплітуда опор-

ної напруги в системі керування Uопm =10 В, частота модуляції fм =5 кГц. Три-

валості закривання та поновлення запірних властивостей використаних IGBT- транзисторів становлять toff tgq =2 мкс. Знайти коефіцієнт передачі АІН та

найбільшу можливу амплітуду першої гармоніки вихідної напруги. Максимально можливий коефіцієнт модуляції

m 1 toff tgq fм =1–(2+2) 10-6 5 103=0,98.

Теоретичний максимум амплітуди першої гармоніки вихідної фазної на-

пруги

Umm 0,5 Ud =0,5 400=200 В.

133

3.10. Трирівневі інвертори 

А) Однофазні трирівневі інвертори

У потужних високовольтних перетворювачах частоти частота перемикання ключів порівняно невисока, і для поліпшення форми вихідного струму використовують трирівневі інвертори (інша назва – інвертори з фіксацією нульової точки). На рис. 3.51 наведена схема найпростішого однофазного трирівневого АІН зі спільною точкою. Його схема є подальшим розвитком реверсивної схеми рис. 2.13, розглянутої в п. 2.4. Існують також мостові (однота трифазні) трирівневі інвертори. Спільним для всіх таких інверторів є:

наявність спільної точки (0) джерела живлення;

подвоєна кількість керованих ключів;

наявність фіксуючих (кламперних) діодів (CVD1, CVD2), призначених для замикання індуктивних струмів навантаження після підключення навантаження до спільної точки.

Рис. 3.51. Однофазний трирівневий інвертор зі спільною точкою Тривалість роботи кр крайніх ключів (VS1 та VS4) менша, ніж середніх

ср (VS2 та VS3), проте їх сума ср кр 360о для забезпечення безперервності

струму навантаження. Ключі з парними номерами перемикаються у протифазі один до одного (відповідно як і непарні). Коли відкриті обидва лівих ключа, струм навантаження тече шляхом “+ джерела – VS1 – VS2 – навантаження – 0 джерела”, а до навантаження прикладена напруга лівої половини джерела живлення ( U d 2 ). Після закривання VS1 струм навантаження замикається через

діоди VD2 та CVD1, а на навантаженні – нульова напруга. Обидва середні тиристори VS2 та VS3 на цьому інтервалі отримують сигнали керування, щоб дати можливість струму навантаження, якщо потрібно, змінити знак. На другому півперіоді все повторюється за участю правих ключів та правої половини джерела. Як видно з рис. 3.51,б, вихідна напруга має три рівні: 0 та U d 2 і, як на-

слідок, менший вміст вищих гармонік. Миттєві вхідні струми iвх1 та iвх2 короткочасно змінюють знак унаслідок індуктивного характеру навантаження. Сере-

134

Більші регулювальні властивості має мостовий трирівневий АІН (рис. 3.52). Він складається з двох однакових плечей із попередньої схеми. Якби ключі VS7, VS8 працювали синфазно з VS1, VS2, а VS5, VS6 – із VS3, V4, вихідна напруга нічим не відрізнялася би від напруги однофазного дворівневого моста (п. 3.2, 3.8). Проте, хоча закони керування верхнім та нижнім плечами схеми ідентичні, діаграма керуючих імпульсів нижнього зсунута за фазою на кут відносно верхнього. Завдяки цьому форма вихідної напруги ще більше наближена до синусоїди.

Б) Трифазний трирівневий інвертор

Трифазний мостовий трирівневий інвертор зображений на рис. 3.53. Ускладнення схеми порівняно з звичайним трифазним мостом (рис. 3.8) надає додаткових можливостей. Кожна з фаз навантаження може бути підключеною не тільки до позитивного (наприклад, фаза А – через ключі VS1, VS2 або відповідні діоди) та негативного (через ключі VS3, VS4) полюсів джерела живлення, а й до спільної точки (через ключі VS2, VS3 та діоди CVD1, CVD2). Це дає можливість суттєвого збільшення кількості можливих станів АІН (до 27 замість 8 для звичайного трифазного моста) і покращання форми вихідних напруги та струму.

На рис. 3.54 наведені часові діаграми інвертора для алгоритму керування, що використовує 12 із 27 можливих станів. Алгоритм побудований таким

135

Амплітуда першої гармоніки фазної напруги

U m(1) U d 2 3 =0,594. 2

Амплітуди інших старших гармонік вихідної фазної напруги представлені в табл. 3.3 та на рис. 3.56. Як видно, перша гармоніка дещо нижча, ніж у звичайній трифазній мостовій схеми (п. 3.4), проте гармоніки з номерами 12i 5, 12i 7 ( i =0, 1, 2,… ) послаблені більше, ніж на порядок. Найстарша з

136

вищих гармонік із помітною амплітудою – одинадцята. Наслідком цього є набагато краща форма вихідного струму. За однакових же коефіцієнтів викривлення струму частота перемикання ключів у таких АІН буде вчетверо меншою.