4.3.2.3. П’ятирівневий інвертор з фіксуючими діодами
Схема одного плеча (фази) п’ятирівневого АІН (ПАІН) приведена на рис.4.. В якості ключів (К1-К8) використовуються RC IGСT (з зворотним діодом). Кількість фіксуючих діодів VD1-VD6 показана згідно зворотній напрузі (U, 2U, 3U). Напруга фази АІН uА0 дорівнює:
0 при відкритих К3, К4, К5, К6;
+
U
при відкритих К2,
К3,
К4,
К5;
-U при відкритих К4, К5, К6, К7;
+2U при відкритих К1, К2, К3, К4;
-2U при відкритих К5, К6, К7, К8.
У
трифазній мостовій схемі загальна
кількість станів становить
.
Загальна кількість базових векторів
.
Відносно схеми ЧАІН додається ще 24
базових ненульових вектори (стани) для
четвертого рівня просторового вектора
(п.4.3.2.1), який визначає максимальне
значення напруги.
При этом (рис.А.8) относительная длительность первого уровня иФАІН (относительно π) составляет α1=11/12, для второго уровня α2=9/12. Для симметричной нагрузки АИН, соединенной по схеме «звезда» (без нейтрального провода) иФН имеет ступенчатую форму (рис.4.8) при 8 уровнях (с амплитудой 1/3U), оно отличается от иФАІН только тем, что в нем отсутствуют гармоники кратные трем. Таким образом, амплитуды первой и ближайших высших гармоник (порядок гармоники k) можно определить исходя из разложения в ряд Фурье напряжения иФАІН
.
Действующее значение 1-ї гармоники фазного и линейного напряжений:
,
.
Фазное напряжение иФН (рис.А.8) имеет шесть уровней: первый и второй уровни с амплитудой 2/3U и 4/3U при относительной продолжительности α1=11/12 и α2=9/12; третий и последующие с амплитудой 5/3U, 6/3U, 7/3U, 8/3U при α3=7/12, α4=5/12, α5=3/12, α6=1/12. Его действующее значение
. Коэффициенты
искажения и гармоник фазного напряжения:
ν=0.995, КГН=THD=9.6%.
Напряжение ключа схемы
.
Сигналы
управления ключами ПАИН:
,
,
,
,
,
,
,
(U1P,
U2P,
U1N,
U2NP
-
логические переменные, соответствующие
первому и второму уровням положительной
(индекс Р) и отрицательной (индекс N)
полуволн uФАІН).
Применение
МШИМ. При
этом используется четыре модулирующих
напряжения единичной амплитуды
(uTP1-uTP4),
которые сдвинуты по уровню (uTP2=1+uTP1,
uTP3=-1+uTP1,
uTP4=-1+uTP3).
Напряжение задания
(μ
– коэффициент модуляции по амплитуде)
сравнивается по уровню с модулирующими
напряжениями, в результате чего
формируется четыре напряжения:
,
,
,
.
Розрахунок середніх та діючих значень струмів у схемі достатньо складний. Відносні значення струмів при μ=1 и соsφ=0.9 приведені в табл. 2.8. Струмі діодів ключів К1-К4 не перевищують 1% і табл..4. не приведені.
Завантаження ключів ПАІН за струмом при cоsφ=0.9 Таблиця 2.8
|
Ключ |
VTК1 |
VTК2 |
VTК3 |
VTК4 |
VD1 |
VD2 |
VD3 |
|
I/Im |
0.39 |
0.48 |
0.499 |
0.5 |
0.283 |
0.132 |
0.032 |
|
ICP/Im |
0.176 |
0.28 |
0.314 |
0.318 |
0.103 |
0.034 |
0.005 |
Относительные значения I1d1=Id1/IHm и I1d2=Id2/IHm, определяющие загрузку крайних (2U) и средних (U) источников и относительной амплитуды гармоник I1d1m(3)=I1d1m(3)/IHm и I1d2m(3)=I1d2m(3)/IHm при соsφ=0.8 приведены на рис.2.29.
Осцилограми
напруги фази навантаження, фази ЧАІН
та вихідного струму при μ=1
і частоті модуляції fM=2
кГц подані на рис.4. При цьому для напруги
фази навантаження THD=17%.