Закон широтно-импульсной модуляции.
Рассмотренная схема реализует жесткий закон коммутации ключей, согласно которому на каждом коммутационном интервале один из ключей обязательно включен, а второй-выключен. Поэтому напряжение на нагрузке может принимать два дискретных значения: +uп/2 (при включении 1А) и –uп/2 (при включении 2А).
Выходное напряжение ШИМ целесообразно представить в виде суммы двух составляющих:
-полезной составляющей, равной среднему значению выходного напряжения модулятора за период модуляции;
-модуляционной составляющей, обусловленной дискретным характером работы ШИМ и равной отклонению мгновенных значений выходного напряжения модулятора от среднего значения за период модуляции.
Зависимости полезной составляющей и первой гармоники модуляционной составляющей выходного напряжения от величины задающего воздействия на входе модулятора представлены на рис.3.
Рис.3 Зависимости составляющих выходного напряжения модулятора от задающего воздействия.
Как видно, в линейной зоне регулирования (при /u/≤U0) полезная составляющая напряжения модулятора пропорциональна заданию. В зонах насыщения модулятора (при /u/>U0) выходное напряжение ограничено значениями +uп/2 и - uп/2.
При проектировании систем с ШИМ уровень несущей частоты, а следовательно, и частоты модуляционной составляющей выбирается достаточно высоким, лежащим за пределами полосы пропускания частотной характеристики цепи нагрузки инвертора. Это позволяет нейтрализовать действие модуляционной составляющей выходного напряжения за счёт фильтрующих свойств нагрузки. В некоторых случаях для её подавления на выходе инвертора включают специальные фильтры, либо используют более сложные схемы инверторов.
Векторные системы широтно-импульсной модуляции. Исходные положения
Методология и стратегия построения векторных систем ШИМ базируется на векторном представлении совокупности выходных напряжений многофазного инвертора и ориентированы на микропроцессорную их реализацию.
Силовая структура АИН (рис.4) содержит шесть ключей, каждый из которых может находиться в одном из двух состояний - включенном или выключенном. Каждая комбинация состояния ключей инвертора обеспечивает определенную совокупность линейных и фазных напряжений на выходе инвертора, т.е. определенный вектор выходных напряжений.
Для трёхфазной структуры есть 8 допустимых комбинаций, представленных в таблице 1. Для каждого из состояний системы «АИН-нагрузка» в таблице даётся список включенных ключей инвертора и код состояния, схема питания фаз нагрузки через ключи инвертора, изображение вектора выходных напряжений и его координаты в преобразованной и фазном базисах.
Рис.4-а Структура системы «АИН-нагрузка»
Рис. 4-б Таблица 1.
Каждой из допустимых комбинаций состояний ключей соответствует определенный вектор напряжений на выходе инвертора. Из них шесть комбинаций дают шесть ненулевых векторов: U1,…,U6 и две комбинации – два нулевых вектора: U7=0 и U8=0. В случае симметрии нагрузки, ненулевые векторы имеют одинаковые длины:
U1=U2=U3=U4=U5=U6=2/3uп
И расположены под углами, кратными 600. Геометрическим местом концов нулевых векторов является начало координат.