Гармонический состав выходного напряжения инвертораГармонический состав напряжения на выходе АИН определяет в
Рис. 3.43. Гармонический состав выходного напряжения АИН
При управлении АИН по закону отношение амплитуд гармонических составляющих фазного напряжения к амплитуде первой гармоники имеет вид:
где Umv — амплитуда v-ой гармоники; v = 6n±1;n = 0,1,2,3....; В этом случае отношение амплитуд гармонических составляющих Из уравнения (3.13) следует, что при простейшем алгоритме
На рис. 3.43 а показаны зависимости относительных амплитуд Некоторое улучшение гармонического состава достигается за Из последнего выражения следует, что для монотонного умень- На рис. 3.43 б показаны зависимости относительных амплитуд В случае широтно-импульсной модуляции разложение выходно-
Широтно-импульсное регулирование напряжения на выходе АИН 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 Нетрудно показать, что регулирование напряжения на выходе АИН, возможно пока мгновенная разность фаз между изображающими векторами Алгоритм одиночного переключения способен формировать паузу в выходном напряжении инвертора при любых значениях , однако в системах электропривода при переходе асинхронного двигателя в генераторный режим с рекуперацией энергии в источник питания, . Следует подчеркнуть, что именно это обстоятельство обуславливает отмеченные выше Если реализовать постоянную структуру в инверторе, то отмеченные особенности исключаются. Для этого необходимы дополнительные переключения транзисторных ключей в каждой фазной группе. 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. В этом случае в течение периода частоты повторяемости ТПВТ несколько раз с периодом Т0 происходит включение и отключение одного из силовых ключей При этом обмотки двигателя оказываются подключёнными к источнику питания на интервале , а на интервале они отключены и закорочены. Рассмотрен случай, когда ТПВТ = 2Т0. Гармонический состав выходного напряжения при ШИР на несущей частоте, улучшается с увеличением кратности
Улучшение гармонического состава выходного напряжения осуществляется при переходе к широтно-импульсной модуляции. Рассмотрим типичный для ШИМ способ управления АИН. Сущность этого способа поясняется рис. 3.40, где показаны законы управления ключами и выходное напряжение на фазе «А». В интервале от 0 до на управляющий вход транзисторного ключа (например, ТК1) подаётся постоянный отпирающий сигнал, а в интервале от до — широтно-модулированный сигнал —4 импульса, длительность которых линейно убывает. Аналогичные сигналы, но с соответствующим фазовым сдвигом, подаются на входы остальных ключей. При данном способе управления, сигналы подаются поочерёдно то на два, то на три транзисторных ключа. Такой алгоритм управления несет в себе возможность изменения структуры силовой цепи, т. е. относится к типу 2-3. Действительно, исследования показали, что неизменность структуры сохраняется. пока При запирании ключа ТК1, изображающий вектор переходит из положения 2 в положение 3 (см. рис. 3.37). В течение импульса 1 (рис. 3.37) ключ ТК1 отперт, поэтому и из (рис. 3.11) имеем = 0. Три четверти периода импульса 2 ключ ТК1 отперт, а четверть периода он заперт. Поэтому здесь и Длительность импульса 3 будет t1 = T0 /2, а четвертого t1 = Т0/4
.Управление АИН при ШИМ на несущей частоте
При этом средняя фаза изображающего вектора напряжения принимает последовательно значения 0; 14°; 30°; 46°. Таким образом, изображающий вектор , перемещаясь между положения, отличающиеся друг от друга средней фазой. Чем больше этих промежуточных положений, тем ближе к синусоиде напряжение на выходе инвертора. Для того, чтобы построить схемы инверторов с неизменной структурой, относящиеся к группе 1-3 (табл. 3.2), необходимо после запирания очередного ключа, отпирать другой ключ той же фазной группы инвертора. Так, при запирании ключа ТК1, следует отпереть ключ ТК4. При этом электромагнитные процессы не будут Схемы инверторов, отнесённые согласно представленной классификации к типу 1-3, отличаются большим разнообразием, но по сути своей сводятся к многократному перемещению результирующего вектора между основными соседними состояниями. Эта особенность впервые была подмечена в [11], где описан оптимальный алгоритм управления транзисторными ключами АИН, который заключается в многократном переключении ключей только одной фазы в течение 1/6 периода выходного напряжения инвертора. Действительно, соседние состояния результирующего вектора напряжения (например, 2 и 3 на рис.3.40) отличаются тем, что во втором состоянии отперт ключ ТК1, а в третьем — ключ ТК4. Поэтому для того, чтобы средняя фаза результирующего вектора могла принимать промежуточные В последнее время в связи со значительными достижениями в технологии изготовления силовых транзисторов, практически повсеместно стали использоваться алгоритмы с синусоидальной ШИМ. Методы широтно-импульсной модуляции напряжения на выходе автономного инвертора реализуются в разомкнутых и замкнутых системах. Разомкнутый способ реализации ШИМ в одной фазе иллюстрирует рис. 3.41. Генератор пилообразного напряжения (ГПН) генерирует напряжение пилообразной формы высокой частоты. Это напряжение сравнивается с синусоидальным напряжением, частота и величина которого задается входным сигналом. При рассмотренном способе модуляции инвертор представляет собой регулируемый источник Устройства управления инвертором должны реализовать способ, который обеспечил бы удовлетворение двух основных требований, предъявляемых к системе преобразователь — машина переменного тока: минимальные потери в двигателе и минимальные пульсации момента, обусловленных воздействием полей первой и высших гармоник; минимальные потери в элементах преобразователя. Эти требования противоречивы. Так как для улучшения работы
Рис. 3.41. Реализация ШИМ в АИН
Рис. 3.42. Реализация «токового коридора» в АИН
|