Трехфазный инвертор напряжения – принцип работы и схема подключения

принцип работы и схема подключения

Содержание:

  1. Где применяется
  2. Виды трехфазных инверторов
  3. Принцип работы
  4. Схема подключения
  5. Различия между одно- и трехфазными инверторами

Инверторные устройства используются в самых различных областях. В большинстве случаев, это однофазные приборы, работающие по классическим схемам. Однако, возникают ситуации, когда необходимо обеспечить электроэнергией асинхронный двигатель от аккумуляторной батареи или просто получить трехфазный ток для специфических нужд. И здесь на выручку приходит трехфазный инвертор с увеличенным числом электронных управляемых ключей, преобразующий постоянный ток в трехфазный переменный с требуемыми характеристиками.


Где применяется

Область применения трехфазных инверторов достаточно большая, а в некоторых случаях без них просто невозможно обойтись. Управление электродвигателями будет гораздо эффективнее, когда используются модифицированные современные трехфазные инверторные устройства. Они включаются в общую схему с одно- и трехфазными асинхронными двигателями, коллекторными агрегатами, а также с трехфазными двигателями постоянного тока.

Для управления разными типами двигателей используются свои режимы, поддерживаемые соответствующим программным обеспечением. Это дает возможность подключать практически любые двигатели в обмотках которых имеется от 1 до 3 фаз. В виде исключения можно отметить конструкцию биполярных двухфазных шаговых двигателей, оборудованных двумя независимыми обмотками.

В состав комплектующих такого инвертора входит основная плата управления, входы и выходы питания, а также интерфейс для ввода необходимых данных и вывода текущих показаний на дисплей или табло. Довольно часто управления осуществляется с помощью компьютера. Подключение инвертора выполняется через специальный разъем, установленный на плате.

В современных инверторах управления предусмотрен демонстрационный режим, при котором поочередно запускается показ основных функций – пуска и остановки, изменения скорости и реверса. Для переключений между функциями предусмотрены 4 кнопки, расположенные на плате.


Разновидности трехфазных инверторов

По своим параметрам, характеристикам и предназначению все виды преобразователей можно условно разделить на несколько групп.

В первую очередь, они могут быть автономными или зависимыми. В первом случае постоянный ток преобразуется в переменный, где частоту определяет система управления, а характеристики выходного напряжения тесно связаны с параметрами нагрузки. Зависимые устройства выдают ток, определяемый частотой местной сети, с постоянными значениями. В автономных приборах возможны плавные изменения напряжения от нуля до наибольшей допустимой величины. Поэтому такие инверторы чаще всего используются в различных схемах.

Существует дополнительная классификация автономных инверторов в соответствии с его схемой, способами принудительной коммутации, параметрами нагрузки и источников питания. Они могут быть автономными инверторами тока – АИТ или напряжения – АИН, а также резонансными – АИР.

В соответствии с количеством токовых коммутаций, трехфазный инвертор бывает одно- или двухступенчатым. В первом случае ток нагрузки сразу поступает к тиристору, включающемуся в работу, а во втором происходит изначальное переключение нагрузки на вспомогательную цепь, и лишь потом она переходит в основную. Если в схеме используются тиристоры, рассчитанные только на одну операцию, в нее могут быть дополнительно включены узлы принудительной коммутации.


Как работает 3-х фазный инвертор

В состав силовой части трехфазного инвертора входят транзисторные ключи с маркировкой от VT1 до VT6 в количестве шести элементов и диоды обратного тока VD1–VD6, также шесть штук. Диоды соединяются в общий мост и подключаются параллельно с источником питания.

Силовая трёхфазная цепь инверторов может быть построена разными способами. При постоянной структуре цепи, подача управляющих сигналов происходит одновременно сразу к трем силовым транзисторам. Таким образом, ее структура остается неизменной. В случае использования переменной структуры, количество транзисторов для подачи управляющих сигналов нередко бывает менее трех.

Продолжительность переключений, выполняемых транзисторными ключами и частота напряжения на выходе, зависит от используемой системы управления. В интервале, включающем в себя один период, переключения на выходе транзисторов анодной и катодной групп может происходить от одного до множества раз.

Конфигурация тока на выходе получается в соответствии с характеристиками нагрузки. Если нагрузка активно-индуктивная, получается форма в виде ломаной кривой, разделенной на четыре части, расположенные на половине периода. Эффект от токовой нагрузки определяется интегрированием наиболее характерных участков токовой кривой. Необходимая форма нагрузки, в том числе и синусоидальная, получается при многократном включении и отключении управляемых вентилей в пределах одного периода.

Регулировка выходного напряжения в инверторе осуществляется при помощи широтно-импульсной модуляции – ШИМ. Сформированная модуляция в виде прямоугольника, получила название широтно-импульсного регулирования – ШИР. Такое регулирование выходного напряжения выполняется за счет изменяющейся продолжительности подключения нагрузки к источнику питания. Данная схема применяется в момент паузы между импульсами, когда происходит запирание двух одинаковых силовых транзисторов.

В случае групповых переключений в нагрузочном напряжении возникает определенная пауза. Это происходит при изменении током своего знака в тот момент, когда два транзистора начинают запираться. Если же ток к этому времени не изменит своего знака или нагрузка окажется слишком продолжительной, то формирования паузы в напряжении на выходе не получится. При использовании ШИР, структура тока и напряжения на выходе в диапазоне малых частот и напряжений, значительно ухудшается. Для того чтобы избежать этого негативного явления, ШИР приходится выполнять на действующих несущих частотах.


Схема подключения

Подключение трехфазного инвертора в качестве примера можно рассмотреть в общей связке с электродвигателем. На представленном ниже рисунке обозначен двигатель М, работающий под управлением ключей V1 – V6. Все полупроводники для более наглядного отображения представлены как обычные механические контакты. Для питания используется постоянное напряжение Ud, поступающее из выпрямителя, не отмеченного на схеме. Ключи 1, 3, 5 относятся к верхним, а три ключа 2, 4, 6 – к нижним.

Верхние и нижние ключи никогда не открываются одновременно, во избежание короткого замыкания. Схема будет нормально работать, когда нижний ключ открывается, а верхний к этому времени уже находится в закрытом состоянии. Для формирования этой паузы используются контроллеры.

Продолжительность паузы должна гарантировать, чтобы силовые транзисторы закрывались своевременно. При недостаточности этого временного промежутка, верхний и нижний ключи могут одновременно открыться на очень короткое время. Это крайне нежелательно и не должно происходить систематически, поскольку выходные транзисторы сильно нагреваются и быстро выйдут из строя. Подобная ситуация известна как сквозные токи.

Существует гальваническая связь между нижними и верхними ключами и с управляющим устройством. Подача сигнала управления выполняется через резисторы непосредственно к составному транзистору, выполняющему функции драйвера нижнего ключа. У верхних ключей отсутствует гальваническая связь с элементом управления и с общим проводником. Поэтому для более эффективного управления к верхнему составному транзистору помимо драйвера дополнительно устанавливается оптрон. Питание верхних ключей производится от отдельных выпрямителей, каждый из которых подключен к собственной обмотке трансформатора.


Различия между одно- и трехфазными инверторами

Существуют принципиальные отличия однофазного от трехфазного инвертора. В основном они связаны с их конструктивными особенностями. Это наглядно видно на примере устройств, используемых с солнечными батареями. Схема однофазного инвертора использует 1 или 2 трекера МРРТ, выполняющих слежение за максимальной отметкой мощности панели.

Далее в цепь включается инвертор, выполняющий преобразование тока и синхронизирующий его с сетью. Электроэнергия, полученная от этого инвертора, поступает непосредственно в сеть. К каждому трекеру подключается своя солнечная панель. При наличии двух трекеров можно подключить на выбор 1 или сразу 2.

Трехфазный инвертор напряжения может иметь в своей схеме от 1 до 4 трекеров, в зависимости от мощности каждого преобразователя. Они также выполняют слежение за точкой максимальной мощности и направляют постоянный ток от солнечной панели к входу инвертора. В свою очередь, преобразователь соединяется с сетевыми фазами и синхронизирует их сдвиг на все 3 фазы.

Таким образом, основное отличие между обоими устройствами заключается в разнице распределения полученной энергии. Распределение электричества трехфазным прибором осуществляется равномерно между всеми фазами. Если же для этой цели используется три однофазных инвертора, то выходная мощность каждого из них будет колебаться в соответствии с мощностью, выдаваемой солнечной панелью.

Довольно часто возникает вопрос, что выгоднее использовать, одно- или трехфазный инвертор? Решение принимается индивидуально, исходя из конкретных условий эксплуатации. Несмотря на 1 корпус вместо 3-х, он может оказаться слишком дорогим, поэтому сравнение нужно делать по тем или иным известным моделям. То же самое касается VHHN-трекеров, количества силовых ключей и других важных компонентов.

electric-220.ru

8.2.4 Трехфазный инвертор напряжения

Трехфазные
АИН выполняют по мостовой схеме (рис.
8.23), состоящей из шести тиристоров Т1-Т6
и шести диодов Д1-Д6. Диоды включены
встречно-параллельно тиристорам и
выполняют ту же функцию, что и аналогичные
диоды в однофазной схеме.

Нагрузка
активно- индуктивного характера
включается в звезду(или треугольник).
В качестве вентилей могут служить одно-
и двухоперационные тиристоры или
транзисторы (коммутационные узлы,
необходимые при использовании
однооперационных тиристоров, на 8.23 не
показаны)

Чаще
всего используют трехфазную схему
инвертора, состоящего из трех плеч,
одного на каждую фазу, как показано на
рис.8.23.

Поэтому
выход например UAN
(относительно
отрицательной шины постоянного тока),
зависит только от Udи состояния
вентиля; выходное напряжение не зависит
от выходного тока нагрузки, так как один
из двух вентилей в плече всегда включен
в любой момент времени.

Рис. 8.23. Схема
главных цепей трехфазного мостового
АИН.

Здесь
мы снова не учитываем временные задержки
на переключение, полагая вентили
идеальными. Поэтому выходное напряжение
инвертора не зависит от направления
тока нагрузки.

ШИМ в трехфазных
инверторах напряжения

Как
и в однофазных инверторах, целью
трехфазных ШИМ инверторов является
возможность формировать и управлять
амплитудой и частотой трехфазного
выходного напряжения при постоянном
входном напряжении Ud.
Для симметричного трехфазного выходного
напряжения в трехфазном ШИМ инверторе
пилообразное напряжение сравнивают с
тремя синусоидальными сигналами
управления, сдвинутыми на 120°, как
показано на рис.8.24,а (для
=15).
Из рис.8.24,б также видно, что в выходных
напряженияхUAN
и UBN,
измеренных относительно отрицательной
шины, присутствует одна и та же средняя
величина постоянного напряжения. Однако
эти постоянные составляющие исчезают
в линейных напряжениях, например, в UAB,
показанном
на рис.8.24,б. То же происходит и в однофазном
полномостовом инверторе, использующем
ШИМ.

В
трехфазных инверторах мы будем
рассматривать только гармоники в
линейном напряжении. Гармоники в выходном
напряжении любого плеча инвертора,
например, UAN
на рис.8.24,б сходны с гармониками в UA0
на рис.8.16, где в полосах частот присутствуют
только нечетные гармоники, сконцентрированные
вокруг
и кратных ему частот, при нечетном.
При учете только гармоник при(то же относится и к его нечетным кратным)
разница в фазе между гармоникойв UAN
и UBN
равна (
.

Эта
разность будет равна нулю (как помноженная
на 360°), если
нечетен и кратен трем. Как следствие,
подавляется гармоника прив линейном напряжении UAB.

То
же относится и к подавлению нечетных
гармоник, кратных
,
есливыбран нечетным и кратным трем (выбирают таким, так как при этом
уничтожаются четные гармоники).

Рис. 8.24. Формы
сигналов и гармонический спектр при
трехфазном ШИМ

Следовательно,
некоторые из основных гармоник в
одноплечевом инверторе могут быть
подавлены и в линейном напряжении
трехфазного инвертора. Условия
ШИМ_сдедующие:

1)
для небольших
,
чтобы подавить четные гармоники,
необходимо использовать симметричную
ШИМ при целом нечетном.
Кроме того,должен быть кратен трем для подавления
и основных гармоник в линейном напряжении;

2)
для больших
остаются
в силе комментарии в разделе 8.3.3.
касающиеся однофазной ШИМ;

3)
во время сверхмодуляции (>1,0), независимо от величинысоблюдаются
условия, характерные для небольших.

Линейная
зона модуляции (<
1,0)

В
линейной области (<
1,0) основная частотная составляющая
выходного напряжения меняется линейно
с изменением коэффициента модуляции
амплитуды та. Из рис.8.24,б амплитуда
основной частотной составляющей в одном
из плеч инвертора равна:

(8.58)

Поэтому линейное
напряжение при основной частоте с учетом
рассогласования по фазе между фазными
напряжениями можно записать:

(8.59)

Сверхмодуляция
(mа>1,0)

В
данном режиме допускается величина
сигнала управления, равная величине
пилообразного сигнала или больше. В
отличие от линейной области, в этом
режиме величина основной гармоники не
увеличивается пропорционально mа.
Это показано на рис.8.19, где показана
величина действующего значения основной
гармоники линейного напряжения UЛ1
как функция
Как и в
однофазной ШИМ, для довольно больших
mа
ШИМ вырождается в режим прямоугольного
напряжения, в результате чего максимальное
значение UЛ1
равно 0,78Ud(как показано
в следующем разделе).

В
зоне сверхмодуляции по сравнению с
областью ma<1,0
появляются гармоники, сконцентрированные
вокруг частот гармоник
и кратных им, однако основные гармоники
могут и не иметь больших амплитуд, по
аналогии с рис. 8.20.

Режим прямоугольного
напряжения в трехфазных инверторах

Если
входное постоянное напряжение Ud
управляемо, инвертор на рис.8.25,а может
работать в режиме прямоугольного
напряжения. Кроме того, при больших mа
ШИМ вырождается в режим прямоугольного
напряжения. Здесь каждый вентиль может
быть включен в течение 180° или 120°

Рис. 8.25. Схема
трехфазного АИН

Длительность
проводимости управляемых вентилей
ψ=180°

Данному способу формирования кривой
выходного напряжения инвертора отвечает
алгоритм переключения вентилей на рис.
8.26, а.

Каждый
вентиль проводит ток в течение
°.
Последовательность вступления вентилей
в работу соответствует порядку следования
их номеров (рис. 8.26) при относительном
фазовом сдвиге в 60°. Вентили, относящиеся
к одной фазе (например,VS1иVS4
фазы А), не могут быть открытыми
одновременно.

При рассматриваемом алгоритме переключения
исключается также одновременное закрытое
состояние тиристоров одной фазы. В любой
момент времени одновременно проводят
ток три тиристора, два из которых
относятся к какой либо одной (катодной
или анодной) группе, а один – к другой
(соответственно анодной или катодной)
группе, т. е. 123, 234, 345, 456 и т. д.

Кривые
линейных напряжений на нагрузке показаны
на рис. 8.26, б-г,
а кривые фазных напряжений – на рис.
8.26, д-ж.

Кривая
линейного напряжения состоит из импульсов
с амплитудой Е
чередующейся
полярности длительностью в 120°разделенных
паузой в 60°.

Напряжения
UAB,
UDC,
UCAсдвинуты
по фазе на угол в120°. Импульсы напряжения
с амплитудой Е
положительной
или отрицательной полярности создаются
при проводимости накрест лежащих
тиристоров двух фаз, определяющих
рассматриваемое линейное напряжение.

Рис.8.26.
Временные диаграммы при

Так,
например, в кривой UAB
(рис. 8.26,б)
импульсы напряжения положительной
полярности получаются при открытых
тиристорах VS3
и
V
S4,
а импульсы напряжения отрицательной
полярности – при открытых тиристорах
VS1и
VS6.

Интервалам
паузы в кривых линейных напряжений
соответствуют открытые состояния
тиристоров общей группы (катодной или
анодной) двух фаз, формирующих линейное
напряжение. Интервалы паузы в кривой
UAB
характеризуются одновременно открытыми
тиристорами VS1
и VS3 или
VS4
и VS6.

Фазные
напряжения UAO,
UBO,
UCO
(рис. 8.26, д-ж)
имеют вид ступенчатой кривой со
значениями напряжения 1/3 Е и 2/3 Е.
определяется тем, что в любой момент
времени одновременно проводят ток
три тиристора инвертора, подключающие
нагрузки в фазах ZA,
ZB,
ZC
на напряжение источника питания
Е
таким
образом, что две из них (например, ZA,
и ZC
на интервале 0-60°, рис. 8.25, а) включаются
параллельно между собой и последовательно
с третьей (в данном случае ZB)
нагрузкой. В связи с этим очевидно,
что в условиях равенства сопротивлений
нагрузки в фазах ZA=ZB=ZC
(нагрузка симметричная)

напряжения
фаз, нагрузки которых включены параллельно,
равны
1/3
Е
, а напряжение
фазы, нагрузка которой включена
последовательно, равно
2/3Е.
Фазные напряжения также имеют взаимный
фазовый сдвиг в 120°.

Форма
кривой выходного напряжения инвертора
является удовлетворительной для работы
ряда нагрузок, в частности для питания
асинхронных двигателей. В кривой
выходного напряжения отсутствуют четные
гармоники, а также гармоники, кратные
трем.

Основные
расчетные соотношения для напряжений
и токов при ψ=180° зависят от схемы
соединения нагрузки в звезду или
треугольник.

Рис.8.27. Эквивалентные схемы соединения
нагрузок

а)
При соединении нагрузки в треугольник
(на рис.8.27 нагрузка обозначена сплошными
линиями)

Действующее
значение напряжения на нагрузке

(8.
60)

Мгновенные значения
фазных токов

(8.
61)

(8.
62)

Фазные
токи
иопределяются аналогично, но с учетом

Линейные токи
определяются как сумма фазных токов

где
;— параметр цепи нагрузки;.

б)
При соединении нагрузки в звезду (на
рис. 8. 27 нагрузка обозначена пунктирными
линиями).

(8.
66)

Мгновенное значение
токов

(8.
67)

(8.
68)

(8.
69)

Действующее
значение тока фазы

,
(8. 70)

где
;— базисный ток

Среднее значение
тока в цепи источника

(8.
71)

Активная мощность
нагрузки

(8.
72)

Полная мощность
нагрузки

(8.
73)

Коэффициент
мощности нагрузки

(8.
74)

Соотношение при
соединении нагрузки в треугольник и
звезду

(8.
75)

Трехфазный
инвертор при длительности включения
вентилей

Диаграмма работы
вентилей приведена на рис. 8. 28

Рис.
8. 28. Диаграмма работы вентилей при

При
ψ=1200
одновременно открыты два вентиля. Как
и при ψ=1800
в схеме с ψ=1200
возможно шесть сочетаний. Каждому
сочетанию соответствует своя эквивалентная
схема (для соединений нагрузки в
треугольник и звезду).

а)
соединение
б)
соединение 
в) соединение

Рис.8.29.
Эквивалентные схемы соединений нагрузки
при

При
чисто активной нагрузке эквивалентная
схема соединений при нагрузке приведена
на рис. 8.29,а,б, а при индуктивной – на
рис. 8.29,в.

При
индуктивной нагрузке (рис. 8.29,в) ток в
нагрузке
замыкается через обратный диод фазы С.

Напряжение
при активной нагрузке при соединении

амплитуда
напряжения равна
,
при соединении
к каждой фазе прикладывается напряжение
и(см. рис. 8.29,а,б).

При
активно-индуктивной нагрузке форма
фазного напряжения изменяется, т.к. надо
учитывать ЭДС самоиндукции на участке
короткого замыкания фазы (фаза Zс
с током
через диод ВД)

Для
инвертора с ψ=1200
при cosφн<0,53,
когда реактивный ток замыкается через
фазы нагрузки через обратные диоды,
соотношения для фазных токов такие же,
как при ψ=1800
при соединении нагрузки в звезду.

studfiles.net

78. Трехфазный автономный инвертор.

Автономный
инвертор – это преобразователь
постоянного тока в однофазный или
многофазный переменный ток, частота
которого определяется системой
управления, а величина и форма выходного
напряжения зависит от характера и
параметров нагрузки. В отличие от
зависимого инвертора, частота которого
определяется частотой сети, на выходе
автономного инвертора получают переменный
ток любой частоты, а напряжение плавно
изменяется от нуля до максимально
допустимого значения.

Коммутация
тока в инверторах при использовании
тиристоров производится независимо от
процессов во внешних электрических
цепях, благодаря наличию дополнительных
коммутирующих устройств внутри самого
преобразователя. Автономные инверторы
классифицируются в зависимости от
способа принудительной коммутации
тока, схемы инвертора, параметров
источника питания и нагрузки. По характеру
обмена энергией между источником питания
и нагрузкой автономные инверторы
подразделяются на автономные инверторы
напряжения (АИН), тока (АИТ) и автономные
резонансные инверторы (АИР).

Характерной
особенностью автономного инвертора
напряжения является то, что он получает
питание от источника напряжения, на
входе АИН включается конденсатор большой
емкости. Вторая особенность АИН
заключается в использовании в качестве
ключей полностью управляемых вентилей,
зашунтированных диодами обратного
тока. АИН формирует в нагрузке напряжение
прямоугольной формы, а форма тока
определяется характером нагрузки. АИН
находит большое применение в
преобразовательной технике, его иначе
называют универсальным модулем
преобразования электроэнергии. На его
основе выполняются регуляторы переменного
напряжения, непосредственные
преобразователи частоты, активные
фильтры напряжения и тока, компенсаторы
реактивной мощности.

Характерными
признаками автономного инвертора тока
является питание от источника тока.
Тогда в цепь источника включается
дроссель большой индуктивности. В
простейших резонансных инверторах
нагрузка, состоящая из последовательно
включенного с катушкой индуктивности
конденсатора, подключается к источнику
с помощью основного тиристора. Затем
вспомогательный тиристор коммутирует
основной, при этом ток через нагрузку
течет в противоположном направлении.

В
зависимости от числа коммутаций тока
различают инверторы с одно – и
двухступенчатой коммутацией. При
одноступенчатой коммутации ток нагрузки
сразу переходит на вступающий в работу
тиристор, при двухступенчатой коммутации
нагрузка сначала переключается во
вспомогательную цепь, а затем в основную.
При использовании однооперационных
тиристоров схемы дополняются специальными
узлами принудительной коммутации. В
автономных инверторах на тиристорах
полная коммутация с переключением тока
с одной ветви схемы на другую выполняется
в несколько этапов. Сначала происходит
уменьшение прямого тока в одном из
тиристоров до нуля, затем задержка
приложения прямого напряжения на нем
до полного восстановления запирающей
способности и далее нарастание прямого
тока во втором тиристоре.

Как
и выпрямители, автономные инверторы в
зависимости от числа фаз подразделяют
на однофазные и многофазные. В настоящее
время в системе электроснабжения
железных дорог переменного тока и
метрополитенов используется асинхронный
тяговый электропривод, одним из основных
элементов которого является мостовой
автономный инвертор.

Силовая
часть трехфазного автономного инвертора
напряжения содержит шесть транзисторных
ключей VT1–VT6 с шестью диодами обратного
тока VD1–VD6, образующих мосто­вую схему
и присоединенных параллельно к источнику
питания. Упрощенная схема трехфазного
мостового АИН с использованием
IGBT-транзисторов изображена на рис. 8.1.

Как
известно, по способу построения силовой
цепи инверторы подразделяются на
инверторы с постоянной и переменной
структурой силовой цепи. В схемах с
постоянной структурой управляющие
сигналы подаются всегда одновременно
на три силовых транзистора, что
обуславливает неизменность структуры
силовой цепи. В схемах с переменной
структурой число транзисторов, на
которые подаются управляющие сигналы,
может быть меньше трех.

Длительность
переключения транзисторных ключей и,
следовательно, частота выходного
напряжения определяется системой
управления. На интервале одного периода
выходного напряжения транзисторы
анодной и катодной групп могут
переключаться однократно и многократно.
При однократном переключении транзисторы
могут находиться в открытом состоянии
в течение 120, 150 или 180° эл. Простейшим
способом управления транзисторными
ключами VT1–VT6 инвертора, обеспечивающим
неизменность структуры силовой цепи,
является способ с a = 180° эл. Простейшими
способами управления транзисторами,
при которых изменяется структура силовой
цепи инвертора, являются способы с a =
120° и a = 150° эл. При этих способах управления
в схеме выходного каскада образуются
ветви, замыкающиеся только через диоды
обратного моста. Структура выходной
цепи такого инвертора будет зависеть
от направления тока в этих ветвях. В
свою очередь момент изменения тока в
той или иной ветви схемы зависит от
характера нагрузки. Поэтому форма
выходного напряжения при a = 120° также
будет зависеть от характера нагрузки.
При a = 120° структура силовой цепи остается
неизменной, если cosφн ≤ 0,55. Форма
напряжения на нагрузке в этом случае
аналогична форме при a = 180°. Общим
недостатком этих способов является
необходимость применения управляемых
вентилей. Нагрузка трехфазного АИН
включается либо по схеме звезды, либо
по схеме треугольника. Эффективное
значение фазного напряжения при
соединении нагрузки звездой определяется
по формуле

;
где – напряжение источника питания.

Соответственно
эффективное значение линейного напряжения
равно

(8.2)

Форма
тока выходной цепи зависит от характера
нагрузки. При активно-индуктивной
нагрузке она представляет собой ломанную
кривую, состоящую из четырех экспонент
на участке, равном половине периода.
Эффективное значение тока нагрузки
определяется путем интегрирования
характерных участков кривой тока.

При
соединении нагрузки звездой действующее
значение тока равно;
где коэффициентобратно пропорционален постоянной
времени, а параметр. Выражение (8.3) справедливо для промежутка
времени.

Требуемую
форму тока нагрузки, в том числе и
синусоидальную, можно получить путем
многократного включения и отключения
управляемых вентилей на интервале
одного периода. При этом плавно изменяется
эффективное значение напряжения на
нагрузке.

Для
регулирования выходного напряжения с
помощью инвертора наибольшее применение
находит широтно-импульсная модуляция
(ШИМ) с формированием огибающей в виде
прямоугольника, трапеции или синусоиды.
Прямоугольную модуляцию иначе называют
широтно-импульсным регулированием
(ШИР). Широтно-импульсное регулирование
напряжения на выходе инвертора на
основной частоте осуществляется
изменением относительной продолжительности
включения нагрузки в цепь источника
питания. Находит применение ШИР, когда
в паузе между импульсами запираются
два силовых транзистора одной группы.
Тогда при открытых транзисторах VT1, VT2,
VT3 для создания паузы в напряжении на
нагрузке запираются VT1 и VT3. Алгоритм
одиночного переключения способен
формировать паузу в выходном напряжении
инвертора при любых значениях постоянной
времени

При
алгоритме группового переключения
создается пауза в напряжении на нагрузке,
если к моменту запирания двух транзисторов
группы ток изменит знак. Это явление
может быть при небольших значениях
постоянных времени нагрузки. Если
значение велико и к рассматриваемому
моменту ток не изменит знака, то паузу
в выходном напряжении сформировать не
удастся. 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 на
несущей частоте. Наибольшее снижение
содержания высших гармоник достигается
при широтно-импульсной модуляции по
синусоидальному закону. При этом в схеме
управления формируется опорное напряжение
треугольной формы, которое сравнивается
с модулирующей кривой синусоидальной
формы. Длительность импульса выходного
напряжения определяется точками
пересечения этих кривых.

studfiles.net

2. ТРЕХФАЗНЫЕ ИНВЕРТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

2.1 Трехфазный АИН с нулевым проводом

 

Одним из простейших вариантов схем трехфазных АИН является инвертор, состоящий из трех однофазных полумостовых инверторов (аналогичных рассмотренному в предыдущем разделе), управляемых со сдвигом на 120 градусов. Схема инвертора показана на рисунке 2.1, а развертки импульсов управления транзисторами – на рисунке 2.2. На рисунке 2.3 показаны развертки выходных напряжений и токов в фазах А и В, и линейного напряжения между этими фазами при активно-индуктивной нагрузке. Кривые построены в предположении, что положительная полуволна выходного напряжения каждой фазы формируется при включении транзистора, имеющего четный номер. Номера транзисторов соответствуют очередности выработки управляющих импульсов. Например, положительная полуволна напряжения фазы А формируется при включении транзистора VT4 в момент времени . Соответственно, отрицательная полуволна формируется при включении транзистора VT1 при Амплитуда фазного напряжения равна напряжению на верхней емкости фильтра CФ1, которое составляет половину напряжения источника питания Ed. Ток нагрузки фазы А замыкается через нулевой провод. При наличии нулевого провода, соединяющего нулевую точку звезды нагрузки со средней точкой входного фильтра, каждая фаза инвертора работает независимо друг от друга. В принципе, возможно два способа управления транзисторами инвертора: с длительностью управляющих импульсов 180 градусов, и с длительностью управляющих импульсов 120 градусов. Поскольку при втором способе управления форма выходного напряжения зависит от параметров нагрузки [3,5], то в настоящее время, как правило, используется лишь первый способ. При длительности управляющих импульсов равной 180 градусов кривая фазного напряжения имеет прямоугольную форму с амплитудой равной половине напряжения в звене постоянного тока. Соответственно, спектр выходного напряжения одной фазы содержит все нечетные гармоники, а действующее значение первой гармоники выходного напряжения определяется соотношением (1.18):

(2.1)

Кривая линейного напряжения показана на рисунке 2.3.

Амплитуда линейного напряжения равна напряжению Ed, а длительность импульса – 120 градусов. Равенство нулю линейного напряжения соответствует тем моментам, когда фазные напряжения равны. Например, на интервале одновременно включены транзисторы VT4 и VT6, следовательно, потенциалы фаз А и В равны потенциалу верхней шины моста, а, соответственно, их разность потенциалов равна нулю.

Исходя из кривой линейного напряжения, нетрудно определить его действующее значение:

(2.2)

При вычитании напряжений фаз А и В, первые гармоники которых сдвинуты на 120 градусов, происходит компенсация третьей гармоники и высших гармоник с номерами кратными трем. Соответственно, действующее значение первой гармоники линейного напряжения больше фазного в раз:

(2.3)

Форма кривой входного тока инвертора зависит от характера нагрузки. На рисунке 2.4 показаны развертки тока фазы А, входного тока (потребляемого положительной шиной моста), и тока нулевого провода при чисто активной нагрузке. Очевидно, что в этом случае ток фазы равен:

(2.4)

В течение периода выходного напряжения происходит шесть переключений силовых транзисторов и, соответственно, имеется шесть состояний схемы, которые чередуются через 60 градусов. Соответствующие интервалы пронумерованы на рисунке 2.4 а. В соответствии с алгоритмом формирования управляющих импульсов, показанном на рисунке 2.2, на первом интервале включены транзисторы VT2, VT3 и VT4. То есть, включены два транзистора верхней группы (имеющих общие коллекторы) и лишь один транзистор нижней группы (имеющих общие эмиттеры). Следовательно, к верхней шине моста подключены две фазы нагрузки, а к нижней только одна. Таким образом, от верхней полови-

 

ны входного фильтра потребляется ток , а от нижней — . Разность этих токов замыкается через нулевой провод.

Через 60 градусов выключается транзистор VT2 и включается транзистор VT5, теперь две фазы нагрузки подключены к нижней шине моста и лишь одна к верхней. Соответственно, ток верхней половины фильтра уменьшается в два раза, а ток нижней – увеличивается. Разность этих токов опять же замыкается через нулевой провод. Аналогичное изменение структуры схемы происходит при каждом переключении силовых транзисторов – шесть раз за период выходного напряжения.

Таким образом, через нулевой провод течет ток с амплитудой равной амплитуде тока фазы, но с тройной частотой. Такую же частоту имеет первая гармоника пульсаций входного тока.

Среднее значение входного тока при активной нагрузке определяется очевидным соотношением:

(2.5)

Таким образом, амплитуда переменной составляющей входного тока равна половине амплитуды тока нагрузки и, соответственно, амплитуда первой гармоники пульсаций входного тока:

, (2.6)

причем частота первой гармоники пульсаций входного тока равна утроенной частоте выходного напряжения.

На рисунке 2.5 показаны кривые токов в схеме при активно-индуктивном характере нагрузки. Поскольку в этом случае кривая тока нагрузки состоит из отрезков экспоненты, соответственно изменился вид кривых входного тока и тока нулевого провода. В то же время, нетрудно видеть, что мгновенные значения входного тока на четных и нечетных интервалах отличаются, что приводит к появлению в этой кривой составляющей тройной частоты.

Спектральный состав входного тока инвертора можно определить, если просуммировать спектры входных токов каждой фазной ячейки, поскольку, в соответствии с первым законом Кирхгофа, можно записать:

(2.7)

Спектр входного тока фазной ячейки можно рассчитать методом коммутационных функций. Действительно, полагая, что кривая выходного напряжения имеет прямоугольную форму, можно представить напряжение фазы А как результат умножения эдс источника питания на коммутационную функцию:

(2.8)

где определена по (1.2) и (1.3).

В этом случае, комплексное сопротивление нагрузки для -той гармоники равно:

(2.9)

Следовательно, спектр тока нагрузки фазы А описывается следующим тригонометрическим рядом:

(2.10)

где ; (2.11)

(2.12)

Величины и , используемые в уравнении (2.10) – амплитуда и фаза -той гармоники тока нагрузки, соответственно.

Как следует из принципа действия полумостовой схемы АИН, ток верхней половины схемы существует только на интервале от нуля до (см. рисунок 1.4д). Следовательно, для расчета кривой входного тока фазной ячейки можно использовать коммутационную функцию следующего вида:

. (2.13)

Подставив (1.1) в (2.13) легко убедиться, что:

(2.14)

Тогда, используя (2.13) можно записать:

(2.15)

После подстановки (2.10) и (1.3) в (2.15) получим:

(2.16)

Индексы членов ряда коммутационной функции в (2.16) заменены на , поскольку перемножение рядов должно выполняться почленно. После раскрытия скобок в выражении для можно выделить две составляющих, одна из которых содержит нечетные гармоники, кратные частоте выходного напряжения, образующиеся после перемножения ряда для выходного тока на 1/2, а вторая составляющая содержит четные гармоники, образующиеся после перемножения рядов.

 

 

Первая составляющая равна:

(2.17)

Как известно [6]:

(2.18)

Поэтому вторая составляющая представляет собой бесконечную матрицу, содержащую косинусные гармоники суммарных и разностных частот. Результаты перемножения первых трех членов каждого ряда показаны в таблице 2.1.

 

Таблица 2.1 – Матрица результатов перемножения первых трех членов рядов.

 





i\k 1 3 5
1 ;

 

 

;

 

 

;

 

 

3 ;

 

 

;

 

;

 

5 ;

 

 

;

 

;

 

 

Верхние строки каждой ячейки матрицы соответствуют разностным частотам, а нижние – суммарным.

В частности, разностные частоты для равны нулю, а соответствующие коэффициенты, размещенные на главной диагонали матрицы, формируют постоянную составляющую входного тока. Выборка коэффициентов для составляющей «нулевой частоты» позволяет записать соотношение для постоянной составляющей входного тока в виде следующего ряда:

. (2.19)

Аналогично можно получить ряд для старшей гармоники пульсаций входного тока, имеющей двойную частоту. Эта гармоника формируется при суммировании частот первых членов ряда () и вычитании частот следующих членов ().

Подставив (2.11) в (2.19) и выразив косинус через тангенс, будем иметь:

; (2.20)

Интересно отметить, что при чисто активной нагрузке (), когда второй сомножитель под знаком суммы равен единице, оставшаяся часть ряда сходится к величине . Тогда уравнение (2.20) дает величину среднего значения входного тока полумостовой схемы АИН при чисто активной нагрузке:

(2.21)

Анализ остальных коэффициентов бесконечной матрицы показывает, что суммы коэффициентов при косинусах одинаковых частот при активной нагрузке строго равны нулю, а при активно-индуктивной нагрузке ими можно пренебречь.

Таким образом, полное выражение для кривой входного тока одной фазы можно представить в виде суммы постоянной составляющей по (2.20) и переменной составляющей по (2.17). Очевидно, что гармонический состав входных токов двух других фаз отличается от полученного выше только соответствующим сдвигом фазы. Следовательно, при суммировании входных токов трех однофазных полумостовых ячеек, будут складываться постоянные составляющие и составляющие гармоник тройной частоты. Что же касается первой гармоники входного тока и гармоник не кратных трем, то при симметричной нагрузке они образуют трехфазную систему токов, сумма которых равна нулю.

Все сказанное справедливо при условии равенства фазных токов. Если же нагрузки по фазам не равны, то результирующий спектр входного тока искажается. В частности, в этом случае в кривой входного тока появляется составляющая, имеющая частоту выходного напряжения.

Таким образом, среднее значение входного тока (при симметричной нагрузке) определяется уравнением:

(2.22)

Соответственно, спектральный состав переменной составляющей этого тока будет:

. (2.23)

Анализ полученных соотношений показывает, что коэффициенты, находящиеся под знаком суммы, быстро убывают с ростом . Поэтому для практических расчетов можно использовать лишь первые члены ряда, что существенно упрощает вид уравнений. Полагая и суммируя (2.22) и (2.23) получим приближенное выражение для входного тока трехфазного АИН:

(2.24)

где

Нетрудно убедиться, что соотношение для амплитуды первой гармоники пульсаций входного тока по (2.24) при (т. е. при чисто активной нагрузке), совпадает с (2.6), полученным из общих соображений.

Уравнение для тока в нулевом проводе можно получить, если сложить переменные составляющие входного тока положительной и отрицательной шин транзисторного моста. Действительно, емкости входного фильтра не пропускают постоянные составляющие входных токов, которые замыкаются через источник питания. С другой стороны, величины конденсаторов фильтра должны быть достаточно велики и, следовательно, переменные составляющие входных токов замыкаются через емкости фильтра. Спектры входных токов верхней и нижней шин моста одинаковы, но первая гармоника переменной составляющей входного тока нижней шины сдвинута по фазе по

 

 

 

отношению к первой гармонике переменной составляющей входного тока верхней шины на 180 эл. градусов. Таким образом, получим:

(2.25)

Довольно часто при расчете спектра входного тока АИН делается допущение о синусоидальности кривой тока в нагрузке. Формирование кривых входных токов трехфазного АИН, состоящего из трех полумостовых инверторов с нулевым проводом показано на рисунке 2.6. Расчет спектра входного тока можно выполнить таким же образом, как и при активно-индуктивной нагрузке, если в (2.10) положить , то есть всеми высшими гармониками тока нагрузки пренебречь.

Тогда уравнение для входного тока одной фазной ячейки можно записать в следующем виде:

, (2.26)

где ;

— натуральный ряд чисел.

При суммировании входных токов трех фазных ячеек (с учетом фазового сдвига) постоянные составляющие складываются, а в переменной составляющей сохраняются лишь гармоники с номерами кратными трем. Тогда, среднее значение входного тока АИН равно:

. (2.27)

Соответственно, амплитуда первой гармоники пульсаций входного тока, имеющая 6-ти кратную частоту (), определяется следующим уравнением:

(2.28)

Нетрудно видеть, что при симметричной нагрузке ток нулевого провода равен нулю, (в соответствии с исходным допущением о синусоидальности фазных токов) поскольку кривые входного тока на четных и нечетных интервалах одинаковы.

Таким образом, допущение о синусоидальности фазных токов приводит к качественным изменениям спектрального состава входного тока инвертора: исчезает гармоника тройной частоты в переменной составляющей. Кроме того, исчезает ток в нулевом проводе. Принимая во внимание, что при активно-индуктивной нагрузке трехфазного АИН, в реальной схеме ток в нулевом проводе существует при любых соотношениях параметров нагрузки, можно сделать вывод о том, что допущение о синусоидальности тока в нагрузке является слишком грубым и приводит к качественным погрешностям в результатах анализа.

 

literaturki.net

Трехфазные автономные инверторы тока.

По принципу
действия

они аналогичны однофазным, отличаются
в основном тем, что тиристоры отпираются
поочередно через 60 эл. гр., причем для
управления тиристорами, как правило
используются сдвоенные импульсы, это
необходимо для повышения надежности
работы инвертора, чтобы исключить
выключение тиристоров при их коммутации.

По схемотехническому
решению

они также бывают: параллельные,
последовательные и параллельно-последовательные,
причем параллельные трехфазные инверторы
также как и однофазные боятся режима
холостого хода из-за больших перенапряжений
на тиристорах и боятся режима короткого
замыкания из за снижения угла опережения
,
в течении которого тиристоры восстанавливают
запирающие свойства. Трехфазные
последовательные инверторы также
бояться режима холостого хода из-за
снижения угла опережения 
и соответственно ухудшения условий
восстановления запирающих свойств и
бояться режима близкого к короткому
замыканию из-за возникновения
перенапряжений на тиристорах.
Последовательно-параллельные инверторы
обладают промежуточными характеристиками
между последовательными и параллельными,
при этом угол опережения 
у них растет и в режимах холостого хода
и в режимах короткого замыкания, они
обладают достаточно жесткой внешней
характеристикой в среднем диапазоне
изменения нагрузки.

Резонансные инверторы.

Бывают также
последовательные и параллельные.

Последовательный резонансный инвертор.

Диаграмма изменения характеристик:

Силовая
часть содержит
:
два рабочих тиристора и цепь нагрузки
с коммутирующим конденсатором и
индуктивностью. Для нормальной работы
инвертора параметры элементов в цепи
нагрузки выбираются таким образом,
чтобы обеспечить колебательный характер
изменения тока нагрузки. Для этого
активная составляющая сопротивления
нагрузки должна быть меньше критического
значения:

(1)

Амплитудное
значение напряжения на конденсаторе
должно превышать напряжение источника
питания.

Обычно максимальное
напряжение заряда конденсатора составляет
от 1 до UПИТ.
Обычно стараются сделать так, чтобы
UСmax=1,5
Ud.
Принцип работы:

В положительном
полупериоде включается VS1,
начинает протекать ток, колебательный
процесс изменения тока обеспечивается,
ток меняется по синусоиде. В момент
времени t1
перед окончанием положительного
полупериода ток проходит через 0,
соответственно тиристор VS1
выключается. При этом ток нагрузки
протекает через коммутирующий конденсатор,
который заряжается с полярностью + -.
Напряжение на конденсаторе отстает от
тока на 90 эл. гр. Пока тиристор VS1
включен, напряжение на нем равно 0, как
только тиристор выключиться, к нему
прикладывается разность напряжения
источника питания и заряженного
конденсатора Ck.
К тиристору прикладывается обратное
напряжение, он имеет возможность
восстановить запирающие свойства,
выдерживается пауза до момента времени
t2
для запирания. В момент времени t2
включают
тиристор VS2
он находиться под действием прямого
напряжения коммутирующего конденсатора,
ток нагрузки протекает по замкнутому
контуру. Ток нагрузки также меняется
по синусоиде, а конденсатор перезаряжается
до напряжения отрицательной полярности
(-) (+). В момент времени t3
ток нагрузки спадает до 0, тиристор VS2
выключается. К конденсатору приложено
напряжение прямой полярности. В интервале
времени от t3
до t4
также выдерживается пауза для надежного
выключения тиристора VS2,
под действием обратного напряжения, а
напряжение на тиристоре VS1
во время этой паузы увеличивается и
равно напряжению источника питания +
напряжение на конденсаторе. Далее весь
процесс повторяется.

Если взять
напряжение
UВХ
– см. рисунок выше, то можно записать,
что:

— действующее
значение.

Напряжение
нагрузки определяется:

Обычно параметры
конденсатора выбирает из условия
резонанса частоты выходного напряжения:

,
тогда
,
тогда


При выполнении
условия обеспечения резонанса на одной
частоте инвертора напряжение на нагрузке
не зависит от параметров нагрузки и
внешняя характеристика инвертора
становиться жесткой.

При глубоком
изменении сопротивления нагрузки может
быть нарушена работоспособность
инвертора. При увеличении сопротивления
нагрузки может нарушиться условие (1),
то есть RН
может превысить критическое значение
и нарушается колебательный характер
изменения тока нагрузки, при этом
тиристоры не выключаются, происходит
опрокидывание инвертора. При снижении
сопротивления нагрузки возможен резонанс
напряжений, при этом увеличивается
напряжение на реактивных элементах и
появляется перенапряжение на тиристорах.
Может наступить электрический пробой.

studfiles.net

8.2.2. Трехфазный инвертор напряжения

Схема
трехфазного инвертора напряжения
представлена на рис. 8.8, где ключи S1,
S2
идентичны ключам в ранее рассмотренных
схемах однофазных инверторов. В схеме
на рис. 8.8 выделен узел 0, образованный
соединением конденсаторов С1
и С2,
относительно которого можно рассматривать
фазные напряжения ua0,
ub0,
и uc0.

Рис.
8.8. Трехфазная мостовая схема инвертора
напряжения

В
сбалансированной трехфазной системе
фазные напряжения и токи одинаковы в
каждой фазе (с учетом междуфазного
сдвига) и сумма их значений для двух
любых фаз определяет значение напряжения
и тока в третьей фазе. Это необходимо
учитывать при задании опорных сигналов
модуляции. Как и в однофазных, в трехфазных
схемах можно организовать модуляцию,
используя в качестве опорных модулирующих
сигналов синусоидальные сигналы и
сигналы несущей частоты треугольной
формы.

В
процессе модуляции в схеме имеет место
восемь состояний ключей S1—S6,
указанных в табл. 8.2. В традиционных
методах синусоидальной ШИМ для
формирования выходных напряжений
используется шесть состояний ключей
(I—VI).

Таблица
8.2

Состояние
ключей и напряжений фаз
a
и
b
в схеме трехфазного инвертора напряжения
(0 — выключенное, 1 — включенное)

Номер

Состояние
ключей

Значения
напряжений

состояния

S1

S3

S5

S4

S6

S2

ua0

ub0

uc0

VIII

0

0

0

1

1

1

0

0

0

I

1

0

0

0

1

1

Ud

II

1

1

0

0

0

1

0

III

0

1

0

1

0

1

Ud

IV

0

1

1

1

0

0

Ud

V

0

0

1

1

1

0

0

VI

1

0

1

0

1

0

Ud

VII

1

1

1

0

0

0

0

0

0

В
состояниях VII
и VIII
выходное напряжение равно нулю. Смена
состояний ключей во времени происходит
в зависимости от соотношения текущих
значений опорного и несущего сигналов.
Рассмотрим формирование линейных
напряжений на выходе инвертора. В целях
единообразия трехфазной и однофазной
схем будем рассматривать линейное
напряжение uab
как разность напряжений фаз а
и б,
определенных относительно точки 0. Выбор
общей точки не имеет принципиального
значения. Например, в качестве такой
точки можно взять точку с потенциалом
минусовой шины постоянного тока или
какую-нибудь другую. С учетом выбора
общей точки 0 линейное напряжение uab
равно разности фазных напряжений uab
и т. е. uab
= ua0
ub0
. Напряжения фаз ua0
и ub0
могут принимать следующие значения:

  • на
    интервалах включенного состояния ключа
    S1
    фаза а
    соединяется с шинами +Ud
    и
    , а на интервалах с включенным состоянием
    S4
    фаза а соединяется с шинами —Udи
    ;

  • на
    интервалах с включенным состоянием
    ключей S3
    и S6
    для фазы b

    и .

Из
табл. 8.2 видно, что состояния ключей S1,
S3
и S5
противоположны состояниям ключей S4,
S6
и S2.
Это упрощает алгоритм управления
инвертором и его схемотехническую
реализацию.

С
учетом значений при модуляции (рис. 8.8)
условия изменения состояний ключей S1
и S2
на интервале положительных полуволн
напряжений следующие:

uMa(θ) > uH(θ)- S1
включен; uMa(θ) < uH(θ)- S1
выключен;

uMb(θ) > uH(θ)- S3
включен; uMb(θ) < uH(θ)- S3
выключен;

На
интервалах отрицательных полуволн uMa,
uMb
условия изменении состояний справедливы
для ключей S4
(фаза а)
и S6
(фаза b)
(рис.8.9). При этом в положительный
полупериод напряжений uMa
и uMbпотенциалы
фаз а
и b
равны Ud/2 при
включенных ключах S1
и S3
и равны —Ud/2 при
выключенных ключах. На интервалах
отрицательных полуволн потенциалы фаз
а
и b
изменяются от —Ud/2
до Ud/2
в зависимости от состояния ключей (см.
табл. 8.2). Равенство нулю потенциалов
фаз а
и b
соответствует проводимости ключей
других плеч и обратных диодов подобно
тому, как это имело место в однофазных
инверторах напряжения. Согласно табл.
8.2 амплитуда первой гармоники линейного
напряжения инвер­тора Ualm1
при коэффициенте амплитудной модуляции
0 < Мa
< 1 может быть записана в виде

.

(8.10)

При
переходе в режим сверх модуляции (Ма
>1) амплитуды
первых гармоник линейных напряжений
возрастают (8.9) до значения

.

(8.11)

Учитывая,
что в частотном спектре линейных
напряжений отсутствуют
гармо­ники
кратные трем, частоту несущего сигнала
выбирают кратной трем относи­тельно
нечетных чисел (Mf
= 9, 15, 21
…), округляя при малых значениях Mf
до целого
числа.

г

Рис.
8.9. Диаграммы синусоидальной ШИМ в
трехфазном инверторе: а
— напряжение
модулирующих сигналов; б
— напряжение фаз ua0;
в
— напряжение фаз ub0;
г
— линейное напряжение uab

В
трехфазных инверторах, как и в однофазных,
нагрузку ключей по току можно оценить
по средним значениям токов в них на
интервале одного периода. Оче­видно,
что усредненные значения токов ключей
S1S6
и диодов
D1D6
будут соответствовать отрезкам
синусоидальных токов фаз, т. е. первым
гармоникам этих токов. При этом следует
учитывать, что на интервалах включенных
состоя­ний ключей общий ток фазы при
активно-индуктивной нагрузке
распределяется, например, между ключом
S1
и обратным диодом
D1.
Таким образом,

через
ключ S1
ток поступает в нагрузку, а при изменении
знака возвращается в источник через
обратный диод
D1.
Момент смены знака тока определяется
коэффициентом сдвига основных гармоник
тока и напряжения cosφ.
Поэтому, учитывая только основную
гармонику токов, несложно произвести
расчет статических потерь мощности в
ком­мутационных элементах и обратных
диодах ключей.

studfiles.net

Трехфазный транзисторный мостовой инвертор напряжения.

CФ
– фильтр необходим, так как питание
осуществляется от выпрямительных
устройств (для поглощения реактивной
составляющей)

Силовая схема
содержит 3 фазы, состоящие из двух
транзисторных ключей (транзистора +
возвратного диода VD).

Существует 2
основных алгоритма управления
транзисторными ключами:

  1. с углом проводимости
    транзисторов
    =120
    эл.гр.

Поочередно с
интервалами 120 эл. гр. переключаются
транзисторы верхней группы (VT1,3,5).
Транзисторы нижней группы также
переключаются поочередно с интервалами
120 эл. гр.(VT2,4,6),
но их моменты переключения сдвинуты
относительно моментов переключения
транзисторов верхней группы на 60 эл.гр.

Основная особенность
данного алгоритма в том, что в любой
момент времени во включенном состоянии
находятся 2 транзистора разных фаз,
один транзистор верхней группы, а другой
из нижней. При этом к источнику питания
всегда оказывается подключены 2 фазы
сопротивления нагрузки. 3-я фаза. При
реактивном токе нагрузка также
подсоединяется к источнику питания
через возвратный диод. При чисто активной
нагрузке сопротивление 3-й фазы оказывается
отключенным от источника питания и
напряжение на этом сопротивлении равно
0. Таким образом при данном алгоритме
управления форма напряжения на
сопротивлении нагрузки, а следовательно
и величина напряжения зависит от
параметров самой нагрузки, следовательно
данный алгоритм управления не обеспечивает
жестоко заданную форму напряжения на
выходе и соответственно внешнюю
характеристику, то есть зависимость
величины выходного напряжения от тока
нагрузки не является жесткой.

0<</3:

Как только iC=IH,
UZc=0

2)
Второй алгоритм управления с длительностью
проводящего состояния ключей 180 эл. гр.

Данный алгоритм переключения заключается
в том, что переключается транзистор
одной фазы через интервалы равные 180
эл. гр. При этом моменты переключения
транзисторов других фаз сдвинуты во
времени на 120 эл. гр. В настоящий момент
времени во включенном состоянии
одновременно находятся три транзистора
разных фаз, то есть алгоритм обеспечивает
жестко заданную формулу, а следовательно
и величину выходного напряжения, то
есть обеспечивает жесткую внешнюю
характеристику.

Действующее
значение линейного и фазного напряжений:

Инверторы напряжения на тиристорах.

Классификация:

В зависимости от
структуры узлов искусственной коммутации
тиристорные инверторы напряжения
делятся на 5 групп:

1) Инверторы с
межвентильной коммутацией, в таких
инверторах запирание (выключение)
рабочего тиристора выполняется путем
включения следующего тиристора другой
фазы, но этой же группы. Для выполнения
межвентильной коммутации требуется
использование, как правило, 6-ти
коммутирующих конденсатора (для инвертора
в 3-х фазном исполнении).

2) Тиристорные
инверторы с пофазной коммутацией.
Коммутирующее устройство у них служит
для поочередной коммутации тиристоров
одной фазы, то есть в 3-х фазном исполнении
требуется 3 устройства искусственной
коммутации, причем в каждом устройстве
искусственной коммутации используется
2 коммутирующих конденсатора.

3) Инверторы с
индивидуальной коммутацией, у них
коммутирующее устройство используется
для выключения только одного тиристора.
В трехфазных инверторах применяется 6
устройств принудительной коммутации.

4) Инверторы с
групповой коммутацией. У них коммутирующее
устройство выполняется общим для группы
вентилей, получается одно коммутирующее
устройство для анодной группы, а второе
для катодной, и соответственно два
коммутирующих конденсатора.

5) Инверторы с
общей коммутацией. Коммутирующее
устройство является общим для всех
тиристоров и соответственно используется
1 коммутирующий конденсатор на весь
инвертор.

studfiles.net

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о