Относительные амплитуды искажающих составляющих

, (8.40)

где n = 1,2,3…

8.2.3.2.Формирование кривой напряжения

Исходя из требований к качеству преобразованного напряжения, желательно формировать кривую напряжения, у которой мгновенное значение изменяется по синусоидальному закону. В этом случае амплитуда первой гармоники U_(1)макс не превышает максимальное значение напряжения на выходе преобразователя. Рассмотрим этот процесс формирования на примере однофазного мостового инвертора (рис.8.16).

Однофазные АИН чаще всего выполняют по мостовой схеме. Нагрузка (обычно активно-индуктивного характера) включается в диагональ моста, образованного тиристорами VS1-VS4 и обратно включенными VD1-VD4. Диоды предназначены для пропускания тока активно-индуктивной нагрузки на интервалах времени, когда ток имеет направление обратное для тиристоров (диоды обратного, встречного или «реактивного» тока).

Рис.8.16. Схема главных цепей однофазного мостового АИН

Формирование кривой выходного напряжения характеризуется процессами, протекающими в главных цепях инвертора (с тиристорами, диодами и нагрузкой) при задании соответствующих интервалов проводимости тиристоров. Для простоты способы формирования рассматриваются без учета процессов, протекающих во вспомогательных цепях принудительной коммутации и занимающих существенно меньшую часть периода выходного напряжения. В связи с указанным узлы принудительной коммутации, предназначенные для запирания однооперационных тиристоров, на рис.8.16 не показаны. Такой подход позволяет отразить сущность процессов формирования (а также регулирования) выходного напряжения, общих как для транзисторных инверторов, так и для инверторов на одно- и двухоперационных тиристорах и силовых транзисторах.

Так как вентили VS4 и VS3 и VS1 и VS2 – одновременно никогда не включаются, то выходное напряжение между двумя значениями (+U_d и –U_d). Напряжение U_A0 и его основная частотная составляющая (пунктир) показаны на рис.8.17,б.

Максимальная амплитуда основной гармоники U_A0(1) кратна U_d с коэффициентом модуляции m_a. Это можно объяснить, приближенно считая U_упр постоянным на интервале переключения (см. рис.8.17,а). Это отражается и на форме выходного сигнала U_A0. Среднее значение выходного напряжения (а точнее усредненное за период переключения T_S=1/f) U_A0 зависит от соотношения U_упр к U_пил при заданном U_d

при (8.41)

Допустим, что U_упр изменяется очень мало за период времени переключения, то есть m_f довольно большой (рис.8.17,б). Поэтому, предполагая U_упр постоянным за время переключения, (8.41) показывает, как U_A0 (усредненное за период времени переключения T_S) изменяется от одного периода времени переключения к другому. Это «мгновенное усредненное» напряжение равно основной гармонике U_A0.

Это допущение показывает, почему обычно выбирают синусоидальное U_упр для получения выходного синусоидального напряжения с небольшим числом гармоник.

Пусть управляющее напряжение меняется синусоидально с частотой , являющейся требуемой частотой выходного напряжения инвертора

, (8.42)

где

Рис.8.17. Широтно-импульсная модуляция

Используя предыдущие утверждения совместно с (8.41) и (8.42) показывающие, что основная гармоника U_A0(1) меняется синусоидально и в фазе с U_упр как функции времени, можно показать

при (8.43)

Отсюда

,

то есть, при синусоидальной широтно-импульсной модуляции (ШИМ) амплитуда основной гармоники выходного напряжения линейно зависит от (при). Поэтому диапазонот 0 до 1 относится к линейному.