4.2.2 Формування і регулювання вихідної напруги

Звичайно для регулювання вихідної напруги АІН використовують:

- амплітудне регулювання, що здійснюється змінюванням амплітуди постійної напруги на вході інвертору, наприклад, при використанні в якості джерела керованого випрямляча. Використовується для інверторів з прямокутною формою вихідної напруги, коли тривалість роботи ключів у плечі схеми складає половину періоду вихідної частоти, а навантаження підключено до джерела постійно;

- імпульсне регулювання з використанням того чи іншого способу модуляції, коли форма і значення вихідної напруги формуються багатократним перемиканням ключів у плечі схеми на періоді вихідної частоти за рахунок змінювання тривалості підключення навантаження до джерела на кожному з періодів модуляції.

Можливе також комбінування цих способів.

Розгляд почнемо з базової схеми – одного плеча інвертору.

4.2.2.1 Формування напруги прямокутної форми

Алгоритм роботи схеми (рис.4.23) достатньо простий – ключі К1 і К2 по черзі перемикаються і знаходяться у протилежних станах, тривалість яких становить половину періоду вихідної частоти Т₂. Напруга керування ключами u_К показана на рис.4.24 з урахуванням «dead time» (τ). Навантаження, зазвичай, активно-індуктивне, підключено до середніх виводів плеча і джерела (між виводами А і 0 на рис.4.23), напруга на навантаженні u_H=u_A0, діаграми її та струму відображені на рис.4.24. При вмиканні К1 напруга u_H=U/2, оскільки навантаження активно-індуктивне, струм повільно зростає. При вимкненні К1 струм i_H зберігає свій напрямок (його підхоплює діод VD2) і поступово зменшується до нуля, напруга u_H=-U/2. Лише після цього вмикається ключ К2. Таким чином, струм i_H відстає від напруги u_H. На інтервалах, де напрямки u_H і i_H співпадають, включені та проводять струм К1 і К2, при протилежних напрямках u_H і i_H включені діоди (напрямок передавання енергії змінюється на протилежний. Введення затримки «dead time» (τ) на вмикання ключів в даному випадку не впливає на вихідну напругу. Проте його слід враховувати при високих частотах перемикання ключів, коли тривалість τ близька до тривалості вмикання ключа і впливає на значення вихідної напруги. У подальшому викладанні матеріалу для спрощення аналізу затримка «dead time» не враховується.

Згідно рис.4.24 напруга та струм навантаження несинусоїдальні. Амплітуда і діюче значення основної гармоніки вихідної напруги:

, .

Розкладання у ряд Фур’є містить також непарні гармоніки, амплітуди яких по відношенню до амплітуди основної гармоніки зворотно пропорційні номеру гармоніки (k=3,5,7,…) .

Діюче значення вихідної напруги . Коефіцієнт викривлення і, відповідно, коефіцієнт гармонік:,(48.4%). Відносні значення амплітуд гармонік (U*=U_Hm(k) /(U/2)) при вихідній частоті f=50 Гц подано на рис.4.25.

Відзначимо, що такий гармонійний склад напруги неприпустимий для багатьох споживачів. Оскільки вищі гармоніки мають низьку частоту ефективна фільтрація їх неможлива, відповідно, струм навантаження несинусоїдальний. Проте основний недолік у тому, що для регулювання вихідної напруги, необхідно змінювати напругу у колі постійного струму тобто мати додатковий регульований пристрій. Більш того, присутність на вході інвертору конденсатору з достатньо великою ємністю обмежує швидкість регулювання напруги.