- •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 Автономні інвертори
Інвертування - це процес перетворення постійного струму у змінний. Пристрої, що реалізують цей процес, названо інверторами. Інвертори бувають залежними (ведені мережею) і автономні. Якщо інвертор передає енергію з мережі постійного струму в мережу змінного, частота і напруга в якій вже задані роботою інших генераторів, то його названо залежним (веденим). Роботу такого інвертора розглянуто у п.2.3.
Інвертори, що працюють на навантаження, в якому немає інших генераторів, названо автономними. В них струм комутується спеціальним пристроєм, частота вихідного струму (напруги) визначається частотою імпульсів керування.
Сфери використання автономних інверторів:
- для живлення споживачів змінного струму в установах, де в якості основного або резервного джерела енергії використовується акумуляторна або сонячна батарея;
- у частотному електроприводі змінного струму у складі перетворювача частоти з проміжної ланкою постійного струму;
- у електротехнології в якості джерела змінного струму підвищеної частоти;
- у електроенергетиці при використанні нетрадиційних джерел живлення, в якості активних фільтрів, компенсаторів реактивної потужності та потужності викривлення.
В залежності від побудови схеми розрізнюють однофазні, двофазні, трифазні і багатофазні інвертори, в залежності від кількості рівнів напруги джерела постійного струму дво - і багаторівневі інвертори.
Режими роботи інверторів
Розглянемо ідеалізований однофазний інвертор з відповідними фільтрами на виході, що формує на виході синусоїдну напругу і живиться від джерела постійного струму. Звичайно навантаження, наприклад, двигун змінного струму має активно-індуктивний характер, тобто вихідний струм інвертора відстає на кутφ. Відповідні часові діаграми подані на рис.4.1,а.
На інтервалах t1 і t3 напруга і струм мають однаковий напрямок, миттєва потужність p=ui>0, тобто енергія передається з кола постійного струму у коло змінного, що відповідає режиму інвертування. На відміну від цього протягом інтервалів t2 і t4 напрямок напруги і струму протилежний, енергія повертається з кола змінного струму у коло постійного, що відповідає режиму випрямлення.
Таким чином у загальному випадку схема інвертора повинна забезпечувати двобічну провідність з можливістю роботи в усіх чотирьох квадрантах, як це відображено на рис.4.1,б.
У залежності від режиму роботи джерела постійного струму (генератор струму або напруги) розрізнюють інвертори струму або напруги. Для інверторів струму характерно те, що вони формують на виході струм (іВИХ), а форма і фаза напруги uВИХ залежать від параметрів навантаження. В інверторах напруги – навпаки.
У наш час найбільшого розповсюдження здобули автономні інвертори напруги, що забезпечують роботу не тільки у режимі джерела змінної напруги, а при відповідній побудові системи керування також і в режимі джерела змінного струму (п.4.2.3). Це ж стосується і інверторів струму, які можуть використовуватися як джерела синусоїдальної напруги (п.4.1.2.2)
Структура автономного інвертора
У загальному випадку структура інвертора (рис.4.2) складається з наступних елементів:
-вхідний фільтр (Ф1), що забезпечує необхідну якість вхідного струму (напруги), надання джерелу енергії властивостей, що забезпечують нормальне функціонування схеми вентильного комутатора, а також зменшує негативний вплив на джерело та інших споживачів енергії. Ємність, на вході інвертора напруги виконує роль накопичувача енергії і обмін енергією з навантаженням, (встановлюється максимально близько до ключів комутатора, щоб виключити вплив індуктивностей з’єднальних дротів на процес комутації);
- вентильний комутатор (ВК) з двобічною провідністю (у подальшому безпосередньо інвертор), що поряд з перетворенням, забезпечує регулювання параметрів змінного струму – частоти і амплітуди. Вихідний сигнал, звичайно, має характер імпульсів, фронти яких мають значну крутизну і, як наслідок, складний гармонійний спектр. Це призводить до негативного впливу на роботу споживача енергії, а також призводить до значних додаткових витрат при передаванні енергії на відстань;
- вихідний трансформатор (TV) для узгодження вихідної напруги з напругою споживача, що може бути поєднаним безпосередньо зі схемою комутатора. У ряді випадків використовується для отримання багаторівневої кривої вихідної напруги;
- вихідний фільтр (Ф2), що забезпечує якість вихідної напруги на потрібному рівні для передавання і споживання. Ємність у інверторів струму є необхідною для нормального функціонування схеми.
Відзначимо, що не всі ці елементи є обов’язковими у конкретній схемі інвертору. Так у інверторі напруги обов’язковими звичайно є Ф1 і ВК, у інверторі струму до них додається Ф2.