3577

ным трем ( mf выбирают таким, так как при этом уничтожаются четные

гармоники). Следовательно, некоторые из основных гармоник в одноплечевом инверторе могут быть подавлены и в линейном напряжении трехфазного инвертора. Условия ШИМ_сдедующие:

1) для небольших mf , чтобы подавить четные гармоники, необходимо использовать симметричную ШИМ при целом нечетном m f . Кроме того, mf должен быть кратен трем для подавления и основных гармоник

влинейном напряжении;

2)для больших mf остаются в силе комментарии в разделе 8.3.3. ка-

сающиеся однофазной ШИМ;

3) во время сверхмодуляции ( ma >1,0), независимо от величины m f соблюдаются условия, характерные для небольших mf .

Линейная зона модуляции ( ma < 1,0)

В линейной области ( ma < 1,0) основная частотная составляющая выходного напряжения меняется линейно с изменением коэффициента модуляции амплитуды та. Из рис.8.5,б и рис.8.22,6 амплитуда основной частотной составляющей в одном из плеч инвертора равна

Поэтому линейное напряжение при основной частоте с учетом рассогласования по фазе между фазными напряжениями можно записать

Гармонические составляющие в линейном выходном напряжении можно вычислить, использую табл.8.1 с учетом того, что некоторые гармоники могут быть в линейном напряжении подавлены. Действующие значения этих гармоник показаны в табл. 8.2.

Сверхмодуляция (mа>1,0)

В данном режиме допускается величина сигнала управления, равная величине пилообразного сигнала. В отличие от линейной области, в этом режиме величина основной гармоники не увеличивается пропорционально mа. Это показано на рис.6.24, где показана величина действующего значения основной гармоники линейного напряжения UЛ1 как функция mа. Как и в однофазной ШИМ, для довольно больших mа ШИМ вырождается в режим прямоугольного напряжения, в результате чего максимальное значение UЛ1 равно 0,78Ud (как показано в следующем разделе

8.6.4).

В зоне сверхмодуляции, по сравнению с областью ma<1,0, появляются гармоники, сконцентрированные вокруг частот гармоник m f и крат-

ных им, однако основные гармоники могут и не иметь больших амплитуд. Поэтому потери энергии в нагрузке от действия высших гармоник должны быть больше из-за наличия дополнительных полос частот. Однако в зависимости от характера нагрузки и частоты переключений потери из-за этих гармоник при сверхмодуляции могут быть даже меньше, чем в линейной зоне работы ШИМ.

U LL1 (rms) Прямоугольный сигнал

U d

6 =0,78

3 =0,612

2 2

Рис. 8.23. Трехфазный инвертор U LL1 (rms) в функции ma

U d

Если входное постоянное напряжение Ud управляемо, инвертор на рис.8.24,а может работать в режиме прямоугольного напряжения. Кроме того, при больших mа ШИМ вырождается в этот режим, и формы напряжения становятся как на рис.8.24,б. Здесь каждый вентиль включен в течение 180° (то есть его коэффициент загрузки равен 50 %). Поэтому в любой момент времени включены три вентиля.

В данном режиме сам инвертор не может управлять амплитудой выходных напряжений переменного тока. Поэтому для такого управления требуется управляемое входное напряжение. Действующее значение частотной составляющей линейного напряжения на выходе можно определить из (8.24) для простого одноплечевого инвертора, работающего в режиме прямоугольного напряжения

Режим прямоугольного напряжения в трехфазных инверторах

Если входное постоянное напряжение Ud управляемо, инвертор на рис.8.24,а может работать в режиме прямоугольного напряжения. Кроме того, при больших mа ШИМ вырождается в этот режим, и формы напря-

жения становятся как на рис.8.25,б. Здесь каждый вентиль включен в течение 180° (то есть его коэффициент загрузки равен 50%). Поэтому в любой момент времени включены три вентиля.

Рис. 8.25. Инвертор в прямоугольном режиме (трехфазный)

В данном режиме сам инвертор не может управлять амплитудой выходных напряжений переменного тока. Поэтому для такого управления требуется управляемое входное напряжение. Действующее значение частотной составляющей линейного напряжения на выходе можно определить из (8.24) для простого одноплечевого инвертора, работающего в режиме прямоугольного напряжения:

Форма линейного выходного напряжения не зависит от нагрузки и содержит гармоники (6n±1; n=1,2,...), амплитуды которых уменьшаются обратно пропорционально их номеру, как показано на рис.8.25,в.

На практике реальное значение коэффициента ниже теоретического по тем же причинам, что и для однофазных инверторов.

Сравнивая (8.54) и (8.64), видно, что максимальный коэффициент использования тот же, что и в однофазном инверторе. Другими словами, при использовании вентилей с одинаковыми параметрами, трехфазный инвертор при 50%-ном увеличении числа вентилей получает 50%-ное увеличение выходной мощности по сравнению с однофазным инвертором.

Пульсации на выходе инвертора

На рис.8.26,а показан трехфазный трехплечевой импульсный инвертор напряжения, представленный прямоугольником. Предполагается, что он питает трехфазную двигательную АС нагрузку. Каждая фаза нагрузки показана упрощенной эквивалентной схемой по отношению к нейтрали нагрузки п. Индуцируемые противо-э.д.с. еА(t), ев(t), и ес(t) считаются синусоидальными.

При симметричном режиме возможно выразить фазные выходные напряжения UAN и т.д. (по отношению к нейтрали нагрузки n) через ли-

Подобным образом в симметричном режиме сбалансированы и противо – э.д.с.

Из предыдущих выражений можно записать следующее условие для выходных напряжений инвертора

Подставляя (8.75) в (8.79), можно записать

Выделив UnN из (8.80) и подставив в (8.75), можно записать выражение для выходного напряжения фазы А

похожие выражения получаются и для напряжений фаз В и С.

Как и при рассмотрении раздела, касающегося пульсаций в однофазных инверторах, здесь можно указать, что только основная гармоника фазного напряжения и выходного тока iA1 осуществляет передачу мощности через силовой трансформатор, так как нагрузка предполагается синусоидальной и ее активным сопротивлением пренебрегаем. Поэтому формы сигналов будут такими, как показано на рис.8.26,б.

Используя принцип суперпозиции, можно считать, что все пульсации в UAn появляются в индуктивности L. Используя (8.81), можно построить форму сигнала фаза-нейтраль нагрузки, см. рис.8.27,а и 8.27,6, для "прямоугольного" режима и ШИМ; формы сигналов построены при равных величинах амплитуд выходного напряжения UAn1 что требует большего Ud в режиме ШИМ. Напряжение пульсаций (Uan - UAn1) - пульсации в напряжении фаза-нейтраль нагрузки. Полагая нагрузки равными в обоих случаях, выходной ток пульсаций можно получить из (8.52) см. рис.8.27. Этот ток пульсаций не зависит от передаваемой мощности,

то есть при заданной индуктивности нагрузки L ток пульсаций будет один и тот же, а пульсации напряжения - постоянными по амплитуде и частоте. Это показывает, что при больших значениях m f пульсации тока в

нению с инвертором

Рис. 8.26. Фазные величины в трехфазном инверторе а - прямоугольный режим; б – ШИМ

дут меньше по сравнению с инвертором в режиме прямоугольного напряжения.

Ток id на стороне источника постоянного тока

Как и в отношении однофазного инвертора, мы рассмотрим формы напряжения и тока, связанные со стороной питания в схеме трехфазного ШИМ инвертора. Предполагаем, что входное напряжение Ud – постоянное и без пульсаций. Если частота переключений на рис.8.26,а будет стремиться к бесконечности, то, как и на рис.8.14, на стороне переменно-

го тока можно включить ―фиктивный‖ фильтр с ничтожной способностью запасать энергию, и ток на выходе инвертора будет синусоидальным и без пульсаций. Предполагая, что в "фиктивном" фильтре на стороне переменного тока не запасается энергия, величину мгновенной мощности на выходе можно описать через выходные напряжения и токи основной частоты. Также можно предположить, что и на стороне постоянного тока установлен ―фиктивный‖ фильтр, не запасающий энергию, как показано на рис. 8.14. Тогда высокочастотные составляющие частоты переключений в id будут отфильтрованы. Приравнивая мгновенные мощности на входе и выходе, получим

В симметричном режиме трехфазные величины отстоят друг от друга на 120°. Полагая, что -фазовый угол, на который ток фазы отстает от на-

нентов частоты переключений, см. рис. 8.27. Эти ВЧ компоненты из-за своих высоких частот мало влияют на напряжение Ud конденсатора.

Работа в режиме прямоугольного напряжения

В этом режиме каждый вентиль остается включенным в течение 180°. Для описания интервала проводимости вентиля предположим, например, что нагрузка имеет при основной частоте фазовый угол 30° (запаздывание тока). Формы сигналов для одной из фаз показаны на рис. 8.28. Фазные напряжения UAn и UAn1 показаны на рис.8.28,а. На рис.8.28,6 построены UAN (относительно отрицательной шины), iA и основная составляющая iA1. Хотя вентили ТA+ и TA- и находятся в открытом состоянии 180°, из-за индуктивного характера нагрузки их реальные интервалы проводимости будут меньше 180°. Другими словами, при уменьшении индуктивного характера нагрузки (отставания тока) возрастают длительности интервалов проводимости диодов, а интервалы прово-

димости вентилей уменьшаются. С другой стороны, при чисто активной нагрузке, теоретически, обратные диоды вообще не будут проводить.

Рис. 8.27. Входной постоянный ток в трехфазном инверторе

Рис. 8.28. Инвертор в прямоугольном режиме: сигналы фазы А

Работа в режиме ШИМ

Формы напряжения и тока, присущие ШИМ инвертору, показаны на рис. 8.30. Здесь, например, угол рассогласования нагрузки предполагается равным 30° (в сторону запаздывания тока). Выходной ток полагается чисто синусоидальным. На рис.8.30,а-8.30,в напряжения фаза – отрицательная шина и фазный ток (Uan, iA и т.д.) построены приблизительно для четверти периода основной частоты.