Трехфазный инвертор напряжения одноканального типа с переключением ключей по алгоритму однополярной ШИМ с заданным законом модуляции – ТИН(ОШИМ)

В традиционных, наиболее часто используемых на практике решенях трехфазных инверторов напряжения (ТИН) одноканального типа с ШИМ выходного напряжения переключение его ключей в стойке, формирующей фазное напряжение, осуществляют по алгоритму двухполярной ШИМ (ДШИМ). То есть ключи каждой стойки переключают в протиовотакте.

В ТИН на рис.6-11 транзисторы VT1, VT2 образуют 1-ю стойку ключей, транзисторы VT3, VT4 – 2-ю стойку, транзисторы VT5, VT6 – 3-ю стойку. При наличии нулевого провода (то есть при связи 01–02) фазные напряжения имеют форму с ДШИМ.

Известно, что формирование фазного напряжения по алгоритму однополярной ШИМ (ОШИМ) по критерию его искажений более эффективно. Для реализации алгоритма ОШИМ ключи стоек ТИН необходимо переключать с паузами (с одной паузой – в простейшем варианте или с несколькими паузами разной длительности, изменяющимися по заданноу синусоидальному или трапецеидальному закону). Однако в этом случае без принятия специальных схемотехнических мер в силовой части при реальной активно-индуктивной нагрузке в выходном напряжении появля-ются искажения, которые обусловлены процессом возврата (через диоды обратного тока) в источник питания реактивного тока нагрузки.

Для исключения этих искажений и, в конечном счете, для реализации преимуществ ОШИМ традиционная схема ТИН должна быть дополнена тремя полностью управляемыми ключевыми элементами (КЭ) с двухсто-ронней проводимостью, с помощью которых в моменты упомянутых пауз между переключениями ключей стоек каждую фазу нагрузки шунтируют (рис.6-11). Первый шунтирующий КЭ (по сути, ключ переменного тока) выполнен на транзисторах VT1¹ , VT2¹ и на диодах VD1¹ VD2¹, второй КЭ – на транзисторах VT3¹, VT4¹ и на диодах VD3¹, VD4¹, третий КЭ – на транзисторах VT5¹, VT6¹ и на диодах VD5¹, VD6¹ .

С целью минимизации числа переключения ключей и, соответственно – уменьшения в них динамических потерь для управления ими целесообразно использовать алгоритм ОШИМ по трапецеидальному закону с трапецеидальностью β=π/6. Число импульсов, аппроксимирующих боковую сторону трапеции ε здесь взято равным 3 (подробную инфармацию по этому параметру можно найти в [0-1]).

Как видно, из рис.6-11б, выходное фазное напряжение характеризуется 4-мя уровнями квантования и имеет форму сигнала с амплитудно-широтно-импульсной модуляцией (АШИМ). Такой спектр напряжения характеризуется достаточно большой удаленностью частот высших гармоник от частоты основной гармоники, что значительно облегчает фильтрацию тока индуктивностью самой активно-индуктивной нагрузки. Модельное описание такого рода сигналов в виде ряда Фурье получено и приведено в [0-1].

Детальный анализ показывает, что при активно-индуктивной нагрузке число переключений ключей может быть еще уменьшено, если использовать информацию о мгновенном значении тока нагрузки. В этом случае на ключи ТИН должны подаваться не полные, а укороченные сигналы управления – на рис.6-11б они выделены темным цветом.

Рис.6-11. Принципиальная электрическая схема ТИН с алгоритмом управления ОШИМ – а) и временные диаграммы, поясняющие принцип его работы – б).

Рассмотренная структурно-алгоритмическая организация (САОр) ТИН(ОШИМ) определяет собой одноканальный принцип построения. При этом она в определенных применениях может конкурировать с ТИН, реализующими двухканальный принцип преобразования (см. подраздел 6.7.5.).

Формально обе структуры характеризуются одним и тем же числом КЭ – 12 и могут обеспечивать примерно одинаковое качество преобразованного энергетического потока. Однако в решении ТИН(ОШИМ) не требуется трехфазный трансфильтр. Это преимущество позволяет ставить его в ряд практически значимых решений.

С позиции систематизации материала, может быть, логичнее было бы рассмотреть это решение в классе ТИН с одноканальным преобразующим трактом. Однако не лишена прагматизма и иная логика – рассматривать его независимо от различий в структурно-алгоритмической организации (САОр), но лишь с позиции достижения заданного качества преобразования энергетического потока (ЭП) при использовании одних и тех же располагаемых аппаратных средств, то есть одного и того же числа КЭ. Их в данном случае 12, то есть столько же, сколько и в бестрансформаторном ТИН с двухканальным преобразующим трактом. Здесь нами была выбрана именно такая логика изложения материала.

Контрольные вопросы

1. При формировании квазисинусоидального напряжения импульсно-модуляционными способами используют алгоритмы ДШИМ и ОШИМ. В чем их отличие? Какой алгоритм эффективнее?

2. Зачем в ТИН(ОШИМ) по рис.6-11 нужны три шунтирующих полностью управляемых ключа переменного тока?

3. Почему в ТИН(ОШИМ) по рис.6-11а для управления основными КЭ можно использовать укороченные сигналы управления?

4. Из каких соображений выбран алгоритм переключения КЭ с ОШИМ по трапецеидальному закону с трапецеидальностью β=π/6?

5. При синтезе алгоритмов управления КЭ ТИН(ОШИМ) можно использовать или синусоидальный, или трапецеидальный законы модуляции.

Каковы достоинства и недостатки каждого из них, которые следует знать, чтобы в конкретном случае применения обоснованно выбрать один из них?

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: