Розв’язання.

Виходячи з того, що U_Л(1)=U_НОМ=0.78U визначимо діапазон регулювання напруги джерела постійного струму: U_МАХ=U_НОМ/0.78=380/0.78=487.2 В, мінімальне значення U_МІН=0.1U_МАХ =48.72 В, мінімальне значення вихідної напруги U_Л(1)МІН=0.1U_НОМ=38 В.

Діюче значення вихідної лінійної напруги

=487.2·0.816=397.6 В.

Номінальний струм двигуна

=211А.

Амплітуда фазного струму І_Фm(1)= √2І_Ф(1)=298.4 А.

Частота перемикань ключів схеми не перевищує 50 Гц, тому в схемі, поряд з IGBT, можна використовувати тиристори, що вимикаються за сигналом у колі керування. Середній струм тиристору і діоду:

=298.4(1+0.8)/2π=85.5А.

=298.4(1-0.8)/2π=9.5А.

Тиристори і діоди обираємо за середнім значенням струму, за напругою з урахуванням можливих комутаційних перенапруг обираємо за значенням 2U_MАХ=974.4 В. Транзистор обираємо за максимальним струмом І_VTMAX=√2І_НОМ=298.4 А. Отже обираємо транзисторний модуль з вбудованим діодом СМ300DY-24А на напругу 1200 В і струм 300 А.

Середнє значення струму у колі постійного струму на вході АІН:

=√3∙380∙211∙0.8/487.2=228 А.

Вважаємо, що АІН живиться від мережі змінного струму через трифазний мостовий випрямляч з вихідним ємнісним фільтром (п.2.2.3.2.2). Відносне значення випрямленої напруги приймаємо u_d=0.94, коефіцієнт пульсацій К_П=0.05, тоді згідно табл.2.8 I*_d=0.026, I¹_dm(6)= I_dm(6)/I_d=0.711.

Відповідно значення I_dm(6)= I_d·I¹_dm(6)=162.1 А.

Амплітуда 6-ї гармоніки вхідного струму АІН при частоті вихідної напруги 50 Гц

=60.06 А.

Ємність конденсатору на вході АІН

Визначимо ємність конденсатору на вході АІН при мінімальній вихідній частоті 5 Гц і номінальному навантаженні двигуна І_Ф(1)=211 А.

=√3∙38∙211∙0.8/48.72=228А.

Незмінним буде і значення І_m(6)=60.06А. Ємність конденсатору без урахування I_dm(6)

=60.06/6∙31.4∙0.05∙48.72=0.1320Ф=132000мкФ.

Таким чином, із зменшенням значення вихідної частоти в 10 разів, потрібна для забезпечення того ж рівня пульсацій напруги на вході АІН, ємність збільшилась у 27 разів. Саме це значення слід обрати.

4.2.5.1. Трифазний інвертор з шім

Принцип використання ШІМ для регулювання вихідної напруги у трифазній мостовій схемі інвертора такий же, як у розглянутих вище напівмостовій (нульовій) і однофазній мостовій схемах – верхній і нижній ключі кожного з плеч знаходяться в протилежних станах і перемикаються з частотою модуляції. Час вмикання ключів визначається порівнянням модулюючої напруги u_ТР з заданою напругою u_ЗАД. Оскільки на виході формується симетрична трифазна система напруг, необхідні три однакових заданих напруги з зсувом на одну третину періоду вихідної частоти (2π/3): u_ЗАДА, u_ЗАДВ, u_ЗАДС. Діаграми, що ілюструють принцип реалізації ШІМ подані на рис.4.36.

Для спрощення аналізу процесів у схемі коефіцієнт модуляції за частотою обрано кратним трьом m_f=15, при цьому процеси у фазах інвертору (з урахуванням зсуву за фазою) ідентичні. Тобто ідентичними є напруги на виводах А і В відносно негативного виводу джерела постійного струму (u_AN, u_BN).

Напруги u_AN, u_BN поряд із змінними містять у собі і постійну складову U/2. Лінійна напруга на виводах навантаження u_AВ=u_AN - u_BN . Її основна гармоніка також визначається різницею основних гармонік відповідних напруг, амплітуда яких складає

. (4.40)

Оскільки напруги утворюють симетричну трифазну систему, отримуємо значення амплітуди основної гармоніки лінійної напруги

(μ≤1 - у межах лінійної модуляції). (4.41)

Діюче значення становить . (4.42)

Діюче значення лінійної напруги .

Лінійна напруга має характер імпульсів з амплітудою U. При зведенні у квадрат отримуємо імпульси, що мають одну полярність і амплітуду U². Коефіцієнт заповнення імпульсів залишається незмінним, тобто середнє значення u²_Л змінюється за законом

.

Таким чином u²_Л можна визначити як суму

,

де - сума вищих гармонік у смузі частот з центрами i(m_f), i – ціле число.

Тоді отримуємо

.

Другий інтеграл являє собою середнє значення відповідних вищих гармонік за період основної гармоніки, яке при m_f>>1 наближається до нуля, і їм можна нехтувати. Таким чином

.

Відповідно, коефіцієнт гармонік (THD) і коефіцієнт викривлення напруги

, .

При μ=1 отримуємо К_ГН=0.69 (69%), ν=0.824. Із зменшенням μ коефіцієнт гармонік зростає, тобто гармонійний склад напруги погіршується. Слід відзначити, що коефіцієнт гармонік це інтегральний показник і для оцінки слід враховувати увесь частотний спектр гармонік. Так при використанні синусоїдальної ШІМ коефіцієнт гармонік вище ніж при амплітудному керуванні (п.4.2.5). Проте, у спектрі майже відсутні низькочастотні гармоніки з частотами кратними частоті вихідної напруги. Існуючі гармоніки, хоча і мають значні амплітуди, зсунуті у область високих частот і мають частоти кратні частоті модуляції. Це значно спрощує їх фільтрацію, як наслідок форма струму при активно-індуктивному навантаження майже синусоїдальна (рис.4.37).