15.3 Схемы на базе трёхфазных многоуровневых инверторов.

Техническое решение с меньшим числом выпрямителей и, соответственно, с меньшим числом вторичных обмоток транс-форматоров удаётся реализовать в схеме трёхфазного много-уровневого инвертора. Каждое плечо такого инвертора состоит из 2^-х, 3^-х, и более последовательно соединённых и полностью управляемых ключей в виде, например, биполярных транзисто-ров с изолированным затвором (IGBT транзисторов), зашунти-рованных обратными быстро восстанавливающимися диодами.

Рис.15.13. Схема выпрямителя для питания трёхуровневого АИН.

Питание такого трёхфазного инвертора обеспечивается соответ-ственно от 2^-х, 3^-х, и более соединённых последовательно выпря-мителей с сглаживающими дросселями, устройствами заряда и защиты конденсаторов от недопустимого повышения напряжения на них. Для трёхуровневого инвертора достаточно двух выпрями-телей, соединённых последовательно (Рис.15.13) и двух транзис-торов в плече трёхфазного моста, также соединённых последова-тельно (Рис15.14а).

Схема трёхуровневого инвертора содержит дополнительно ещё и 6 быстровосстанавливающихся диодов D1  D6, включённых между средними точками ключей каждого из плеч моста и нулевой точкой выпрямителя так, как это показано на Рис.15.14а. Это обеспечивает возможность устанавливать на выходных клеммах А, В, С (в отличие от инвертора на Рис.15.1) вместо двух три уровня потенциалов по отношению к нулевой точке выпрямителя: 0, +E_d и - E_d. Значение (+E_d) обеспечивается, когда открыты два верхних транзистора (Т1, Т2 для фазы А) и соответственно (-E_d) когда открыты два нижних (Т3, Т4 для той же фазы А). Нулевой потенциал обеспечивается, если остаются открытыми Т2 и Т3 и закрытыми самый верхний и самый нижний ключи Т1 и Т4 для фазы А. При этом ток в фазе А может протекать в любом направлении либо через диод D1 и транзистор Т2, либо через транзистор Т3 и диод D2.

Очевидно, что линейное напряжение с учётом возможных потенциалов точек А, В и С может иметь 5 значений: +2E_d, +E_d, 0, -E_d, -2E_d, а фазное напряжение с учётом того, что потенциал точки соединения фазных обмоток в звезду О будет отличаться от потенциала нулевой точки выпрямителей О, могут иметь 9 уровней при 18 состояниях схемы замещения нагрузки (18-ти ступенчатая кривая). Примерная форма линейного напряжения для трёхуровневого инвертора приведена на Рис.15.14б, а на Рис.15.15 приведены возможные варианты схем замещения цепи нагрузки.

Рис.15.14. Силовая схема (а) и график одного из линейных напряжений (б) на выходе трёхуровневого АИН.

Дополнительные диоды D1, D2 в фазе А и соответствующие диоды в фазах В и С наряду с обеспечением нулевого потенциала выходных клемм А, В, С по отношению к нулевому потенциалу выпрямителя О, не допускают появления на запертых силовых ключах напряжений больше, чем напряжение E_d одного из двух выпрямителей.

Рис.15.15 Возможные варианты схем замещения цепи нагрузки в трёхуровневом (Рис.15.14) инверторе.

Например, если закрыт ключ Т1, то напряжение на нём не может быть больше E_d, так как в противном случае должен открыться диод D1 и ограничить это напряжение. Если же закрыты ключи Т1, Т2, то напряжение на каждом из них также не может быть больше E_d, так как при открытых ключах Т3 и Т4 снова должен открыться диод D1 и ограничить напряжение на Т2 величиной E_d³.

Рис.15.16. Силовая схема (а) и график линейного напряжения (б) четырёхуровневого АИН.

Возможно построение АИН и с большим числом уровней. На Рис15.16 и 15.17 приведены схемы соответственно 4-х и 6-ти

уровневых инверторов. Возможна и пятиуровневая схема. Во всех этих схемах максимальное значение амплитуды выходного линей-ного напряжения составляет величину кратную от напряжения E_d.

Однако, инверторы по этому принципу построения силовой схемы выше трёхуровневого исполнения так и не были реализо-ваны. Более удачными всё же оказались технические решения на базе многоячейковых преобразователей частоты, рассмотренных в предыдущем параграфе (см.Рис.15.10).

Рис.15.17. Силовая схема (а) и график линейного напряжения (б) шестиуровневого АИН.

Контрольные вопросы и задачи.

1.Какие схемы трёхфазных АИН для питания высоковольтной нагрузки Вам известны?

2.В чём состоят достоинства и недостатки следующих схем:

• на базе трёх однофазных АИН с общим источником E_d (трансформаторный и безтрансформаторный варианты)?

• на базе силовых ячеек из однофазных АИН с индивидуальными источниками E_d?

• на базе трёхфазного трёхуровневого инвертора?

• на базе трёхфазных многоуровневых инверторов?

3. Можно ли создать схемы однофазных трёх- и более уровневых инверторов? Если можно, то приведите силовую схему для её трёхуровневого исполнения.