- •Часть II
- •А.А. Мартынов Силовая электроника. Часть II. Инверторы и преобразователи частоты: учеб. Пособие/а.А.Мартынов. СПб.: сПбГуап, 2011. С.: ил.
- •1. Однофазные инверторы напряжения
- •1.1. Схемы и способы управления однофазных инверторов напряжения
- •1.2. Однофазный одноплечевой инвертор напряжения
- •1.3. Полумостовая схема однофазного инвертора
- •1.4. Однофазный инвертор напряжения с выводом нулевой точки первичной обмотки трансформатора
- •Исходные данные, необходимые для расчета:
- •Расчет трансформатора [5]
- •1.5 .Однофазный полномостовой (мостовой) инвертор напряжения
- •1.7. Основные показатели оценки качества формы кривой выходного напряжения
- •1.8 Способы улучшения качества выходного напряжения инверторов напряжения
- •1.9 Методика расчета выходного фильтра
- •1.10 Пример расчета однофазного мостового инвертора напряжения с выходным фильтром
- •Расчет параметров выходного фильтра
- •2 Трехфазные инверторы напряжения
- •2.1 Силовая схема трехфазного инвертора напряжения
- •2.2 Широтно- импульсное регулирование напряжения трехфазного инвертора
- •2.3 Гармонический состав выходного напряжении трехфазного инвертора напряжения при широтно- импульсном регулировании выходного напряжения
- •2.3 Широтно-импульсная модуляция при синусоидальной форме модулирующего напряжения
- •2.4 Гармонический состав выходного напряжении трехфазного инвертора напряжения при синусоидальной шим выходного напряжения
- •2.5 Основные характеристики инверторов напряжения с широтно- импульсным способом регулирования напряжения[4]
- •3 Инверторы тока
- •3.1. Инверторы тока параллельного типа
- •3.2 Инверторы тока последовательного типа
- •3.3. Последовательно-параллельные инверторы тока
- •3.4. Резонансные инверторы
- •Однофазная полумостовая схема резонансного инвертора
- •3.6 Пример расчета резонансного инвертора
- •3.7 Регулирование напряжения в инверторах тока
- •4. Преобразователи частоты
- •4.1 Преобразователи частоты со звеном постоянного тока
- •4.2 Пример расчета преобразователя частоты со звеном постоянного тока.
- •4.3 Задания для промежуточного контроля знаний студентов
- •4.4 Преобразователи частоты без звена постоянного тока
- •4.4.1 Пчн с естественной коммутацией вентилей
- •4.4.2 Пчн с искусственной коммутацией вентилей
- •5 Справочные данные по элементной базе инверторов и преобразователей частоты
- •5.1 Справочные данные по транзисторам
- •Справочные данные по тиристорам
- •5.4 Справочные данные по конденсаторам
- •5.5 Справочные данные по дросселям
2.2 Широтно- импульсное регулирование напряжения трехфазного инвертора
Для обеспечения регулирования выходного напряжения самим инвертором используются ШИР и ШИМ модуляции на основной и несущей частоте [4]. Рассмотрим наиболее простой способ управления при реализации ШИР на основной частоте. Временные диаграммы напряжений управления транзисторов VT1 — VТ6 и напряжение на выходе автономного инвертора представлены на рисунке 24. Из представленных временных диаграмм видно, что регулирование выходного напряжения инвертора осуществляется путем введения регулируемой по времени паузы.
В течение каждого периода повторяемости ТПВТ для подключения нагрузки к источнику питания отпираются три транзистора (например,VТ1, VТ2, VТЗ); для отключения нагрузки от источника один из них запирается. Причем запирается тот транзистор, который позволяет отключить всю группу анодных или катодных силовых ключей. Так, для отключения нагрузки при открытых ключах VТ1, VТ2, VТЗ, запирается ключ VТ2, а при отпертых ключах VТ2, VТЗ, VТ4 — ключ VТЗ и т. д. Такой способ управления называется алгоритмом одиночного переключения (АОП).
Таким образом широтно-импульсное регулирование напряжения на выходе инвертора на основной частоте и АОП осуществляется изменением относительной продолжительности включения нагрузки в цепь источника питания. Имеется и другая возможность ШИР на основной частоте, когда в паузе между импульсами запираются два силовых транзистора одной группы (алгоритм группового переключения АГП). Здесь при открытых вентилях VТ1, VТ2, VТЗ для создания паузы в напряжении на нагрузке запираются вентили VТ1 и VТЗ. Алгоритм одиночного переключения способен формировать паузу в выходном напряжении инвертора при любых значениях τнг=ωLнг./Rнг. При алгоритме группового переключения создается пауза в напряжении на нагрузке, если к моменту запирания двух транзисторов группы ток изменит знак. Это имеет место при малых постоянных времени нагрузки τнг. Если значение τнг велико и к рассматриваемому моменту ток знака не изменит, то паузу в выходном напряжении сформировать не удается. Рассмотренные способы управления инвертором не позволяют реализовать постоянную структуру силовой цепи инвертора. Для реализации неизменной структуры необходимы дополнительные переключения транзисторов в каждой фазной группе. Пример такого управления для АОП представлен на рисунке 24 штриховыми линиями. Здесь при запирании VТ2, отпирается VТЗ, при запирании VТЗ, отпирается VТ6 и т. д.
При ШИР на основной частоте гармонический состав выходного напряжения и тока резко ухудшается в области малых напряжений и частот.
Для исключения этого нежелательного явления используется широтно-импульсное регулирование (ШИР) на несущей частоте. В этом случае в течение периода частоты повторяемости несколько раз с периодом ТПВТ=1/fнес. происходит включение и отключение одного из силовых ключей (рисунок 25).
При этом нагрузка оказывается подключенной к источнику питания на интервале , а на интервале γТ фазы нагрузки закорочены. На рисунке 25 представлен случай, когда ТПВТ =2Т0. Гармонический состав выходного напряжения при ШИР на несущей частоте, улучшается при малых значениях γ с увеличением кратности k:
k=Tпвт/То=fнес./fпвт=6fнес./fмод. (62)
Улучшение гармонического состава выходного напряжения трехфазного инвертора при любых k осуществляется при переходе к широтно-импульсной модуляции.
Схема управления в этом случае строится аналогично схеме управления однофазного инвертора с той лишь разницей, что модулирующие напряжения на каждое плечо являются симметричными (имеют одну амплитуду, частоту и сдвинуты друг относительно друга на 120 градусов).
Рисунок 24. Управление инвертором напряжения при ШИР на основной частоте
Рисунок 25. Управление инвертором при ШИР на несущей частоте