4.2.2.3 Перемодуляція як засіб підвищення вихідної

напруги інвертора

Перемодуляція (μ>1). Здійснюється, якщо амплітуда заданої синусоїдальної напруги u_ЗАД перевищує амплітуду модулюючої u_ТР (рис.4.27). Це рівноцінно тому, якби у якості заданої використовувати напругу u_T, форма якої наближається до трапецеїдальної (на рис.4.30 показано випадок, коли μ=2). Для неї можна використати стандартне розкладання у ряд Фур’є [20], що має вигляд

, (4.14)

де а_m, α - параметри напруги, що відображена на рис.4.30. При цьому а_m дорівнює амплітуді модулюючої напруги, а α=π/6. З урахуванням відзначеного отримуємо

.

Таким чином амплітуда основної гармоніки складає

U_Tm(1)=(12/π²)а_m=1.216а_m.

Це визначає можливість підвищення амплітуди вихідної напруги інвертора в 1.216 рази із значенням μ=2.

Не важко показати, що залежність амплітуди основної гармоніки від коефіцієнту модуляції має нелінійний характер, що відображає рис.4.31.

Відзначимо, що згідно (4.14) перемодуляція призводить до погіршення гармонійного складу – додаються низькочастотні гармоніки з амплітудами:

U_m(3)=0.26а_m, U_m(5)=0.0468а_m, U_m(7)=0.024а_m і т.д.

Покращення гармонійного складу і забезпечення лінійності регулювальної характеристики інвертору при підвищенні напруги до 15.5% можна досягти іншим засобом – використанням попередньої модуляції напруги завдання.

Цей засіб передбачає приμ>1 додавання третьої (до основної) гармоніки, амплітуда якої складає (μ-1) відносно амплітуди модулюючої напруги, що ілюструє рис.4.32, де напруга завдання у відносних одиницях (u/U_ТРm)

u*_ЗАД=u*_ЗАД(1)+u*_ЗАД(3)=

=1.155sinωt+0.155sin3ωt.

Відповідні гармоніки будуть присутні і у вихідній напрузі, проте інші низькочастотні гармоніки з номерами 5,7,9,... відсутні. Переваги цього метода особливо проявляються у трифазних інверторах напруги (п.4.2.5).

Слід відзначити, що проведений аналіз виконано з умови, що ємності конденсаторів однакові і достатньо великі, щоб напруга джерела незалежно від режиму роботи розподілювалась між ними навпіл або використовуються два однакових джерела. Крім того, до вимкнутого ключа, коли відкрито другий ключ прикладена загальна напруга джерела, тобто ключі повинні обиратися на напругу U. Внаслідок цього, розглянута схема самостійного використання в якості інвертора напруги не знайшла.

4.2.3 Інвертор напруги з формуванням вихідного струму

Інвертор напруги може бути використано в якості джерела струму, тобто коли формується вихідний струм. Для цього звичайно використовується замкнена за струмом система регулювання з застосуванням релейного регулятору, що реалізує принцип так званого “коридору струму”, коли відхилення вихідного струму i_Ф відносно заданого значення i_ЗАД не перевищує Δ.

Принцип ілюструє рис.4.33 - навантаження активно-індуктивне з коефіцієнтом потужності 0.8. При вмиканні ключаК1 (інтервал часу t_BMK) напруга u_A0 позитивна (U/2) і струм у навантаженні i_Ф повільно зростає. Коли значення i_Ф становить i_Ф≥(i_ЗАД+Δ) ключ К1 вимикається і вмикається ключ К2 (або однойменний діод), напруга u_A0 змінює полярність (-U/2). Це призводить до того, що вихідний струм i_Ф поступово зменшується (інтервал часу t_BИMK), доки його значення не стане i_Ф≤(i_ЗАД -Δ), знову вмикається ключ К1, напруга u_A0 змінює полярність (U/2) струм починає зростати. Таким чином, при перемиканні ключів на виході інвертору формується струм, миттєве значення якого коливається у “коридорі” значень (i_ЗАД +Δ)≥i_Ф≥(i_ЗАД -Δ) і повторює закон змінювання i_ЗАД.

Структурна схема системи керування, що реалізує розглянутий принцип подана на рис.4.34. Вона містить у собі давач струму ВІ, суматор Σ, релейний елемент РЕ, формувач імпульсів керування ключами ФІ. Сигнал похибки з виходу суматору (мова йде про сигнали, що пропорційні вказаним струмам) i*=(i_ЗАД –i_Ф) надходить до входу РЕ. Релейний елемент має два стани, в які перекидається за умовами i*≥Δ і i*≤-Δ. Відповідно з сигналом з виходу РЕ формувач імпульсів здійснює керування ключами К1 і К2. ФІ виконує функції підсилення імпульсів до необхідного рівня, гальванічного розділення кіл керування і силового кола, забезпечує затримку за переднім фронтом імпульсів керування (“dead time” – мертвий час). Відзначимо, що період модуляції і тривалість вмикання ключів інвертору змінюються продовж періоду вхідного струму, тобто отримуємо часо-імпульсну модуляцію. Частота модуляції залежить від параметрів навантаження і заданого значення відхилення Δ.

Можливі і інші варіанти реалізації режиму роботи інвертора з формуванням вихідного струму.