- •4.2 Дворівневіавтономні інвертори напруги
- •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.
4.2.4 Однофазний мостовий інвертор
Розглянемо конкретну схему, де у якості ключів використано транзистори.Схема (рис.4.35) поряд з мостом на транзисторах VТ1-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%.