4.3.10 Каскадні схеми із з’єднанням інверторів через фази навантаження
МПЧ с суммированием через несвязанную цепь нагрузки. При возможности использования АД с несвязанными обмотками статора при 6 выводах и двух кабелях находят применение схемы МПЧ из двух преобразователей, подключенных, соответственно, к входным и выходным зажимам (рис.1.16).
К достоинствам относятся деление мощности между преобразователями и возможность использования в них ключей на вдвое меньшее напряжение. При этом можно выделить два варианта схем:
- преобразователи имеют общий ИПТ (рис.1.16,а);
- преобразователи имеют независимые изолированные ИПТ (рис.1.16,б);
С ледует отметить, что варианты МПЧ с общим ИПТ и изолированными ИПТ имеют абсолютно разные возможности для формирования выходного напряжения на нагрузке. Для этого воспользуемся схемами замещения, приведенными на рис.1.17,а (с изолированными ИПТ) и рис.1.17,б (с общим ИПТ), где ЭДС Еi соответствуют уровню напряжения источника, к которому подключен вывод обмотки. При общем ИПТ отрицательные зажимы источников соединены и напряжение на фазе нагрузки (а): . Для двухуровневого АИН получаем: U, 0, -U, что соответствует трем уровням. Таким образом, в плане качества выходного напряжения использование АИН с общим ИПТ не имеет смысла, разве только для распределения токов ключей в АИН.
При изолированных ИПТ воспользуемся методом узловых напряжений. Напряжение между узлами 1, 2: (где у - проводимость фазы нагрузки). Напряжение на фазе нагрузки: .
При этом для двухуровневых АИН значения напряжения на фазе нагрузки составят uФ={4U/3, 3U/3, 2U/3, U/3, 0, -U/3, -2U/3, -3U/3, -4U/3}, что соответствует N=9.
В [6] приведена схема двойного трехкаскадного МПЧ при общем ИПТ с четырьмя уровнями напряжения (рис.1.11,а). Каждый трехкаскадный АИН образован на базе трех двухуровневых трехфазных АИН. Напряжение на фазе нагрузки имеет только N=7 уровней. Решение абсолютно неоправданное, поскольку возможности схемы не использованы.
В [11] рассмотрена схема дифференциального МПЧ с двумя двухуровневыми АИН, включенными на несвязанные первичные обмотки повышающего трансформатора через реакторы. Реакторы вместе с конденсатором, включенным параллельно обмотке, выполняют роль фильтра результирующего напряжения. АИН питаются от изолированных ИПТ и управляются в противофазе (сдвиг 180º), что приводит к удвоению первой гармоники результирующего напряжения и к взаимной компенсации части его гармоник. Другая часть гармоник суммируется и удваивается, спектр гармоник сдвигается в область более высоких частот, что эквивалентно удвоению частоты ШИМ и несколько упрощает их фильтрацию. Увеличения количества уровней выходного напряжения авторы не достигли.
Более интересное решение в аналогичной схеме при прямом подключении АД представлено в [49,51]. За счет сдвига напряжений двух двухуровневых АИН на 210º результирующее напряжение на обмотках АД имеет девять уровней.
В работе [190] представлено решение с использованием двух пятиуровневых АИН (рис.1.10). Рассмотрено два варианта с изолированными и общими для обоих АИН ИПТ, при этом на нагрузке получено, соответственно девять и пять уровней напряжения.
В работе [161] представлено решение с двумя ТАИН и одним ИПТ, когда второй ТАИН используется без ИПТ. Напряжение фазы АД имеет пять уровней.
В работе [140] рассмотрен вариант МПЧ при использовании ТАИН и двухуровневого АИН с изолированными ИПТ с распределением их мощностей 2:1.
Вместе с тем, улучшение качества выходного напряжения при использовании несвязанной нагрузки предполагает увеличение количества ИПТ и ключей схемы.