
- •4 Автономні інвертори
- •Структура автономного інвертора
- •4.1 Автономні інвертори струму
- •4.1.1 Автономні інвертори струму на тиристорах, що не
- •4.1.1.1 Однофазна мостова схема автономного інвертора струму
- •Активно-індуктивне навантаження.
- •4.1.2 Однофазний мостовий автономний інвертор струму з
- •4.1.3 Трифазний мостовий автономний інвертор струму
- •4.1.2 Автономні інвертори струму на повністю керованих ключах
- •4.1.2.1 Автономний інвертор струму з формуванням в навантаженні
- •Можливі стани схеми аіс
- •4.1.2.2 Автономний інвертор струму у режимі джерела
- •4.2 Дворівневі автономні інвертори напруги
- •4.2.1 Базові схеми дворівневих автономних інверторів напруги
- •4.2.2 Формування і регулювання вихідної напруги
- •4.2.2.1 Формування напруги прямокутної форми
- •4.2.2.2 Використання широтно-імпульсної модуляції для
- •4.2.2.3 Перемодуляція як засіб підвищення вихідної
- •4.2.4 Однофазний мостовий інвертор
- •4.2.4.1 Формування вихідної напруги інвертору з
- •Значно покращити гармонійний склад вихідної напруги інвертору у порівнянні з біполярною шім дозволяє використання однополярної шім.
- •4.2.4.2 Формування вихідної напруги інвертору з використанням однополярної шім
- •Навантаження елементів схеми однофазного мостового аін за струмом.
- •4.2.5 Трифазний інвертор напруги
- •Розв’язання.
- •4.2.5.1. Трифазний інвертор з шім
- •4.2.5.2 Векторна шім
- •Цей недолік можна компенсувати використанням перемодуляції. У останній час розповсюдження знайшов інший метод, що отримав назву векторна шім (вшім) - Space Vector Pulse Width Modulation.
- •4.2.6 Недоліки дворівневих інверторів
- •4.3 Багаторівневі інвертори
- •4.3.1 Базові структури багаторівневих інверторів
- •4.3.2 Основні принципи формування вихідної напруги
- •4.3.2.1 Амплітудне регулювання
- •Діюче значення першої гармоніки фазної і лінійної напруги:
- •Гармонійний склад напруги
- •4.3.2.2 Вибіркове формування з заданим гармонійним складом
- •4.3.2.3 Попередня модуляція завдання гармоніками кратними трьом
- •Коефіцієнт гармонік вихідної напруги
- •4.3.2.4 Багаторівнева шім
- •4.3.3. Багаторівневі інвертори з декількома рівнями напруги
- •4.3.3.1. Трирівневий інвертор з фіксуючими діодами
- •Однофазний мостовий трирівневий аін.
- •Середнє значення струму тиристора ключа к2а (vtк2а)
- •4.3.3.2 Чотирирівневий інвертор з фіксуючими діодами
- •4.3.3.3 П’ятирівневий інвертор з фіксуючими діодами
- •4.3.4 Багаторівневі інвертори з плаваючими конденсаторами
- •4.3.5 Каскадні схеми з послідовним з’єднанням інверторів
- •4.3.6 Каскадні схеми з паралельним з’єднанням інверторів
- •4.3.6.1 Каскадні схеми з безпосереднім з’єднанням вихідних кіл
- •4.3.6.2 Каскадні схеми з вихідним підсумовуючим трансформатором
- •4.3.7 Асиметричні каскадні схеми багаторівневих інверторів
- •Кратність 1:1:4. Розв'язуються задачі перерозподілу завантаження аін для виключення циркуляції енергії і забезпечення мінімуму перемикань ключів аін3.
- •4.3.9 Схеми з «реактивною коміркою» та послідовним силовим
- •4.3.10 Каскадні схеми із з’єднанням інверторів через фази
4.2.4 Однофазний мостовий інвертор
Розглянемо
конкретну схему, де у якості ключів
використано транзистори. Схема (рис.4.35)
поряд з мостом на транзисторахVТ1-VТ4
містить також зворотній міст на діодах
VD1
- VD4,
на який здійснюється перемикання струму
навантаження на інтервалах, коли напруга
і струм навантаження мають протилежний
напрямок (при активно-індуктивному
навантаженні струм запізнюється від
напруги на кут φ).
Розглянемо
спочатку роботу схеми при формуванні
напруги прямокутної форми, коли модуляція
відсутня. При цьому імпульси керування
на пари транзисторів VТ1,
VТ4
і VТ2,
VТ3 подаються
у протифазі, їх тривалість складає
половину періоду вихідної частоти. З
відкриванням транзисторів VТ1
і VТ4
полярність напруги на навантаженні
позитивна, струм іН=іVТ
повільно
зростає, що обумовлено індуктивністю
навантаження (рис.4.36). При цьому енергія
передається у навантаження (активна
потужність), а також накопичується у
магнітному полі навантаження (реактивна
потужність). У момент t2
імпульси керування з транзисторів VТ1,
VТ4
знімаються іпотім з деякою затримкою, достатньою
для запиранняVТ1,
VТ4
(щоб виключити короткі перемикання
джерела при одночасному вмиканні VТ1,
VТ2 і
VТ3, VТ4),
подаються на VТ2,
VТ3.
Із закриванням транзисторів VТ1
і VТ4
струм навантаження продовжує протікати
у тому ж напрямку за рахунок дії ЕРС
самоіндукції еL
у навантаженні (енергії, що була накопичена
у магнітному полі). При цьому відкриваються
зворотні діоди VD2
і VD3
(транзистори VТ2,
VТ3
закриті до моменту t3)
і струм
іd,
що споживається від джерела, змінює
напрямок на протилежний. Полярність uН
змінюється на негативну. Струм іН=іVD
повільно
зменшується до нуля.
Після переходу струму навантаження через нуль відкривається наступна пара транзисторів VТ2 і VТ3, напрямок струму навантаження іН змінюється на зворотній. При цьому струм іd на вході АІН змінний і пульсує. На інтервалах, де транзистори відкриті (активна потужність споживається від джерела), струм позитивний. Із відкриванням зворотних діодів напрямок струму іd змінюється на протилежний тому, що накопичена у навантаженні енергія повертається до джерела. Як правило, джерело виконано на діодах або тиристорах і має однобічну провідність, тому енергія йде на заряджання конденсатора. Середнє значення струму, що споживається АІН від джерела Іd, позитивне і при цьому потужність, що споживається, Pd=UdId >0.
Оскільки форма напруги повністю співпадає з напругою у напівмостовій схемі, то можна зробити такі ж самі висновки щодо гармонійного складу, відрізняються лише амплітуди. Амплітуда і діюче значення основної гармоніки вихідної напруги, що визначається розкладанням у ряд Фур’є дорівнює:
,
UН(1)=0.9U.
4.2.4.1 Формування вихідної напруги інвертору з
використанням біполярної ШІМ
Робота кожного з плеч схеми (рис.4.37) здійснюється так само як і у напівмостовій схемі. Відповідно напруга на виході відносно середнього виводу джерела uA0 першого плеча повторює закон, що поданий на рис.4.27. Це стосується і другого плеча, проте оскільки пари ключів К1, К4 і К2, К3 перемикаються одночасно, напруга uВ0 по відношенню до uA0 змінюється у протифазі uВ0=-uA0. Таким чином, напруга на навантаженні
uAВ=uA0
-
uВ0=2uА0.
Відповідно основна гармоніка має амплітуду, що дорівнює
Um(1)=μU (μ≤1).
Використання биполярної ШІМ не забезпечує прийнятного гармонійного складу вихідної напруги. Як показано вище у п.4.2.2.2 при μ=1 коефіцієнт гармонік THD=100%.