1.3.2 Перетворювачі частоти з шім
Лекція 9. ПЧ із широтно-імпульсною модуляцією вихідної напруги. Схемні рішення силової частини, параметри, характеристики.
Завдання на СРС. Принцип роботи системи керування ПЧ з ШІМ.
Література: 1, с.74-78; 2, с.89-91; 1а, с.284-289.
Питання для самоконтролю:
Перетворювачі частоти з ШІМ. Принцип роботи, схемні рішення силової частини, побудова кривої вихідної напруги, динамічні властивості, діапазон регулювання частоти.
При ШІМ вихідна напруга інвертора формується аналогічно схемам з міжфазовою комутацією (див. п. 1.3.1) шляхом дотримання певної послідовності роботи силових ключів. Але, при цьому, під час своєї роботи кожен ключ комутується з певною сталою частотою модуляції. Змінюючи шпаруватість імпульсів можна регулювати середнє значення амплітуди вихідної напруги інвертора при незмінній напрузі на вході АІ, а змінюючи частоту перемикання ключів – частоту вихідної напруги.
Принцип роботи однофазного інвертора на основі принципу ШІМ пояснюється рис. 1.3.13, на якому показано, що завдяки перемикання електронного ключа К, можна змінювати полярність напруги і струму на навантаженні Rн, Lн
Рис. 1.3.13
Для пояснення закону перемикання ключа К, який забезпечує синусоїдальність струму навантаження iн, розглянемо графіки зміни напруги і струму однофазного інвертора з ШІМ (див рис. 1.3.14).
Пилкоподібна
напруга несучої частоти
порівнюється
з вхідною задаючою напругою
за допомогою
компаратора К.
Рис. 1.3.14
Умови спрацьовування компаратора K:
Чим
більша несуча частота, тим більше крива
струму навантаження iн
наближається
до синусоїди. Величина несучої частоти
обмежується технічними можливостями
транзисторів і лежить у межах
.
З принципу роботи АІ з ШІМ випливає, що амплітуда і частота струму навантаження визначаються відповідно амплітудою і частотою задаючої напруги.
Для побудови трьохфазного інвертора з ШІМ використовується три однофазних АІ.
На даний час завдяки використанню в якості силових ключів IGBT транзисторів з ізольованим затвором (IGBT – insulated gate bipolar transistor) даний вид ПЧ з ШІМ став найбільш розповсюдженим для синхронних та асинхронних електроприводів малої та середньої потужності. Схема трифазного ПЧ з інвертором, реалізованим на IGBT транзисторах, показана на рис. 1.3.15.
Принцип роботи розглянутої схема ПЧ з пилкоподібною опорною напругою носить назву скалярної ШІМ і може бути реалізований з використанням як аналогової, так і цифрової техніки (див. рис 1.3.15).
Рис. 1.3.15
Мікроконтролер реалізує синтезовані закони керування і перетворює вихідні коди регуляторів у шість послідовностей ШІМ імпульсів. Ці послідовності за допомогою драйвера моста подаються на відповідні бази IGBT транзисторів.
За допомогою драйвера забезпечується гальванічна розв’язка силових кіл і кіл керування, а також необхідний потенціал на керуючих електродах транзисторів.
Шунт використовується для непрямого вимірювання струму статора АД.
Поряд зі скалярною ШІМ застосовуються алгоритми векторної ШІМ, спеціально орієнтованої на мікропроцесорну реалізацію. В основі принципу векторної ШІМ лежать фіксовані у просторі базові вектори напруги на виході АІ. На відміну від просторових векторів скалярної ШІМ, які в сталому режимі обертаються рівномірно, при векторній ШІМ вектор вихідної напруги переміщається з одного положення в інше стрибком, повертаючись при кожному перемиканні ключів АІ на 60 град.