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

В высоковольтном электроприводе используется схема ТИН, представленная на рис.6-12. Фактически она представляет собой трехкратное тиражирование описанной в [6-4] (и в авторском свидетельстве СССР №575751) модификации однофазной инверторной ячейки, выполненной по полу-мостовой схеме. В однофазном варианте схемы, представляющей собой одну стойку ключей ТИН, нулевые точки источника питания (01) и нагрузки (02) должны быть соединены. В трехфазном варианте эта связь (01-02) не является принципиально необходимой.

Рис.6-12. Принципиальная электрическая схема высоковольтного трехфазного инвертора напряжения (В–ТИН).

Структурное отличие решения ТИН на рис.6-12 от сходного во многом решения ТИН на рис.6-11 заключается в том, что каждую стойку ключей образуют не 2, а 4 последовательно включенных транзистора, зашунтированные диодами. Для фазы нагрузки «А» это основные (VT1, VT1¹) и дополнительные (VT2¹, VT2) транзисторы, а также шунтирующие их диоды (VD1, VD1¹ и VD2¹, VD2 соответственно). При этом в схему введена также дополнительная цепочка из последовательно соединенных диодов VD13, VD14, которая включена параллельно цепочке из последовательно соединенных диодов VD1¹, VD2¹. Выходные выводы каждой стойки ключевых элементов (КЭ) образованы точкой соединения шунтирующих диодов VD1¹, VD2¹ и точкой соединения дополнительных диодов VD13, VD14.

Благодаря выше описанным структурным отличиям ТИН по рис.6-12 обладает той же возможностью использования для формирования выходного напряжения алгоритма ОШИМ, что и решение ТИН по рис.6-11 (см. временные диаграммы на рис.6-13). При этом одновременно за счет незначительного усложнения (введены 6 дополнительных диодов) обеспечивается снижение в 2 раза прикладываемого к транзисторам рабочего напряжения. Именно это последнее качество данного варианта ТИН делает целесообразным применение его при повышенном значении напряжении питания. При использовании современных биполярных транзисторов с изолированным затвором (JGBT)

Рис.6-13. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы ТИН по рис.6-12 : – алгоритмы переключения основных транзисторов, – алгоритмы переключения дополнительных транзисторов, u2A, u2B, u2C – выходные напряжения, i2A(1), i2B(1), i2C(1) – основные гармоники тока RL нагрузки.

напряжение питания может составлять порядка 3 кВ. В ряде случаев практики (например, в тяговом электроприводе) это достоинство является принципиально важным.

Также, как и в ТИН по рис.6-11, при активно-индуктивной нагрузке здесь возможно применение укороченных алгоритмов управления его КЭ. При этом должны укорачиваться (на интервале 0÷π/6 от начального интервала проводимости КЭ – см. рис.6-11б) алгоритмы управления не только основных, но и дополнительных транзисторов.

Как следует из временных диаграмм на рис.6-13, продолжительность проводящего состояния дополнительных КЭ оказывается большей на интервал π/6. Соответственно токовая загрузка их несколько больше.

О процессах работы схемы

Используя диаграмму на рис.6-13, рассмотрим два типовых интервала.

Интервал π/6÷ π/3

Фаза «А»

Ток в фазе «А» на этом интервале в соответствии с рис.6-12 имеет направление снизу вверх, так что транзисторы VT1, VT1¹ открывать нецелесообразно, то есть в данном случае целесообразно применить укороченные алгоритмы управления. Ток нагрузки замыкается здесь через открытый транзистор VT1¹¹ и диод VD14.

Фаза «В»

Ток нагрузки здесь имеет отрицательную полярность, по знаку совпадает с напряжением и поэтому основной и дополнительный транзисторы VT4 и VT4¹ должны быть открыты.

Фаза «С»

Ток нагрузки имеет положительную полярность, по знаку совпадает с напряжением, и поэтому основной и дополнительный транзисторы VT5 и VT5¹ здесь также должны быть открыты.

Интервал π/3÷ π/2

На этом интервале знаки трех фазных токов нагрузки совпадают со знаками своих напряжений, и поэтому в стойках фаз «А» и «В» основные и дополнительные транзисторы VT1, VT1¹ и VT4 и VT4¹ должны быть открыты здесь постоянно. В третьей фазе «С» основной транзистор VT5 должен работать в режиме ОШИМ, а дополнительный – VT5¹ должен быть открыт постоянно.

Мы рассмотрели два типовых состояния схемы. Далее, на других интервалах, существо этих процессов в разных фазах повторяется в различных сочетаниях.

Способность ТИН(ОШИМ) по рис.6-12 работать при повышенных напряжениях питания сопровождается увеличенными в 2 раза потерями в КЭ, поскольку в любой

момент времени включены два последовательно соединенных полупроводниковых прибора (или диод + транзистор, или транзистор + транзистор).

С целью систематизации материала и отражения существенных отличительных свойств рассмотренной схемы будем обозначать ее сокращенно как В–ТИН(ОШИМ).

Контрольные вопросы

1. К какому классу относится рассмотренная схема ТИН: к классу устройств с одноканальным преобразованием энергетического потока (ЭП) или к классу устройств с двухканальным его преобразованием?

2. При каких условиях рекомендуется применять укороченные алгоритмы управления КЭ ТИН?

3. В чем заключаются достоинства трапецеидального закона модуляции?

4. В каких случаях практики целесообразно применять В–ТИН(ОШИМ)?

5. Что нужно изменить в алгоритмах переключения КЭ, чтобы повысить порядок высших гармоник в выходном напряжении?

6. Используя временные диаграммы на рис.6-13, показать какая должна быть форма выходного напряжения при наличии связи 01-02 в ТИН по рис.6-12.

7. Используя схему ТИН на рис.6-12 и временные диаграммы на рис.6-13, доказательно определить значение напряжения, на которое должны быть рассчитаны транзисторы.

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться: