178

4.3.3.2. Чотирирівневий інвертор з фіксуючими діодами

Здодаванням ще одного рівня напруги джерела отримуємо схему чотирирівневого АІН (ЧАІН) при чотирьох рівнях напруги джерелаm=4. Схема фази ЧАІН подана на рис.4.57 і містить у собі 6 ключів на транзисторах із зворотними діодами і дві пари фіксуючих діодів VD7, VD8 і VD9, VD10. Принцип работы ЧАИН предполагает протекание постоянной составляющей тока через конденсаторы крайних уровней и разную загрузку по уровням, что обуславливает заряд конденсаторов и нарушение баланса напряжений в звене постоянного тока. Поэтому применение емкостного делителя напряжения при использовании общего источника без использования специальных алгоритмов [118,] невозможно.

Тому на рис.4. використано три випрямляча (В1-В3) з вихідними ємнісними фільтрами, що утворюють 18-и фазну схему випрямлення.

Існують наступні комбінації вмикання ключів схеми, що формують відповідні рівні напруги и_А0:

- нульовий рівень и_А0=0 формується вмиканням нижніх трьох ключів VТ4, VТ5, VТ6;

- перший рівень и_А0=U формується вмиканням нижніх двох ключів VТ4, VТ5 і верхнього VТ3;

- другий рівень и_А0=2U формується вмиканням верхніх двох ключів VТ2, VТ3, і нижнього VТ4;

- третій рівень и_А0=3U формується вмиканням верхніх трьох ключів VТ1, VТ2, VТ3.

Крім того у схемі можна визначити три пари ключів (VТ1, VТ4), (VТ2, VТ5), (VТ3, VТ6) в кожній із яких одночасно працює лише один ключ.

Всі ключі розраховані на напругу U, проте фіксуючі діоди мають бути розраховані на різні зворотні напруги (на рис.4.57 кількість послідовно з’єднаних діодів обрана згідно зворотній напрузі). Так, коли відкриті нижні ключі 5 і 6 діод VD8 повинен витримувати напругу 2U. Діод VD7 у той же час розраховано на напругу U (відкритий VТ1). Це ж стосується VD9, до якого при відкритих VТ1, VТ2 прикладена напруга 2U і VD10, до якого при вмиканні VТ6 прикладена напруга U.

Визначимо стани схеми, що відповідають рівням напруги и_А0 логічними змінними М₀, М₁, М₂, М₃, які приймають значення «1» при знаходженні схеми у даному стані. Відтоді сигнали керування ключами ЧАИН: ,,,,,.

Загальна кількість станів . Кількість базових векторів.На рис.4.58 подані характерні стани стосовно трифазної схеми БАІН з наданням відповідних значень напруги на фазах навантаження. У табл. 4.5 подані всі 18 станів схеми, що утворюють третій рівень просторового вектора напруги (відносно розглянутих нижче для трирівневого БАІН – табл.4.3, 4.4). Стани, що утворюють перший та другий рівні визначаються аналогічно поданим у табл.4.3 і табл.4.4.

Предельное значение выходного напряжения может быть достигнуто при использовании метода пространственного вектора напряжения (п.4.3.2.1), чему соответствует третий его уровень, відповідні діаграми напруги подані у відносних одиницях на рис.4.4. При этом относительная длительность нулевого и третьего уровня напряжения фазы МПЧ и_ФАІН (относительно π) составляет α₁=7/9. Для симметричной нагрузки АИН, соединенной по схеме «звезда» (без нейтрального провода) фазное напряжение на нагрузке и_ФН имеет ступенчатую форму при шести уровнях в полуволне (с амплитудой 1/3U), оно отличается от и_ФАІН только тем, что в нем отсутствуют гармоники кратные трем.

До розрахунку напруги у фазах чотирирівневого АІН Таблиця 4.5

Вивід джерела, до якого підключена фаза навантаження
№	1	2	3	4	5	6	7	8	9
а	2U	3U	3U	3U	3U	3U	3U	3U	2U
в	0	0	0	0	0	U	2U	3U	3U
с	3U	3U	2U	U	0	0	0	0	0
Фазна напруга
Uа	U 3	3U 3	4U 3	5U 3	6U 3	5U 3	4U 3	3U 3	U 3
Uв	-5U 3	-6U 3	-5U 3	-4U 3	-3U 3	- U 3	U 3	3U 3	4U 3
Uc	4U 3	3U 3	U 3	-3U 3	-3U 3	-4U 3	-5U 3	-6U 33	-5U 3

Вивід джерела, до якого підключена фаза навантаження
№	10	11	12	13	14	15	16	17	18
а	U	0	0	0	0	0	0	0	U
в	3U	3U	3U	3U	3U	2U	U	0	0
с	0	0	U	2U	3U	3U	3U	3U	3U
Фазна напруга
Uа	- U 3	-3U 3	-4U 3	-5U 3	-6U 3	-5U 3	-4U 3	-3U 3	- U 3
Uв	5U 3	6U 3	5U 3	4U 3	3U 3	U 3	- U 3	-3U 3	-4U 3
Uc	-4U 3	-3U 3	- U 3	U 3	3U 3	4U 3	5U 3	6U 3	5U 3

Таким образом, амплитуды первой и ближайших высших гармоник (порядок гармоники k) можно определить исходя из разложения в ряд Фурье напряжения и_ФМПЧ .