Меню

Широтное регулирование выходного напряжения инвертора напряжения

Главные особенности широтно-импульсного регулирования (ШИР) и широтно-импульсной модуляции (ШИМ), при регулировании величины выходного напряжения АИН.

ШИП — широтно-импульсный преобразователь, генерирующий ШИМ-сигнал по заданному значению управляющего напряжения. Основное достоинство ШИП — высокий КПД его усилителей мощности, который достигается за счёт использования их в ключевом режиме. Это значительно уменьшает выделение мощности на силовом преобразователе (СП).

Принцип работы ШИМ

ШИМ есть импульсный сигнал постоянной частоты и переменной скважности, то есть отношения периода следования импульса к его длительности. С помощью задания скважности (длительности импульсов) можно менять среднее напряжение на выходе ШИМ.

Использование амплитудного регулирования выходного напряжения АИН требует применения соответствующего регулятора, установленная мощность которого, как правило, близка к установленной мощности инвертора. Наличие полностью управляемых силовых ключей в схеме АИН дает возможность совместить функции формирования кривой выходного напряжения и регулирования его величины. Такое совмещение возможно при использовании широтно-импульсных методов регулирования выходного напряжения инвертора.

Виды Широтно-импульсных методов регулировании:

· широтно-импульсное регулирование на основной частоте;

· широтно-импульсное регулирование на несущей частоте;

· амплитудно-импульсная модуляция. Широтно-импульсное регулирование на основной частоте осуществляется путем изменения длительности полуволны выходного напряжения. Такое регулирование при активном характере нагрузки возможно в любой схеме АИН при симметричном управлении всеми силовыми ключами инвертора. Изменение длительности полуволны приводит к изменению действующего значения выходного напряжения инвертора.

ШИП на­пряжения преобразовывают постоянное напряжение в импульсное, среднее значение которого можно регулировать. Выходное напряжение таких преобразо­вателей (до выходного фильтра) может иметь вид однополярных или двухполярных импульсов, как показано на рис. 1.1.1,а,б соответственно.

Регулировочная характеристика широтно-импульсного преобразователя постоянного напряжения показывает зависимость относительного среднего значения выходного напряжения преоб­разователя, от относительной длительности импульса напряжения на выходе преобразователя. Эта длительность положительного (отрицательного) им­пульса напряжения определяется по отношению к периоду следования им­пульсов, называемому длительностью такта Т т.

В схеме возможна только однополярная модуляция. При включении транзистора Т 1 на выходе формируется положительный импульс напряжения. При выключении транзистора Т 1 вклю­чается в режиме нулевого вентиля диод D 1, замыкая через себя ток нагрузки в случае наличия в цепи нагрузки индуктивности (собственной или фильтра). На этом интервале формируется нулевая пауза напряжения на нагрузке.

В этой схеме напряжение и ток на выходе могут иметь только од­ну полярность, то внешние характеристики ШИП, показывающие зависимость среднего значения выходного напряжения от среднего значения выходного тока при постоянной относительной длительности импульса , будут одноквадрантными. Внешние харак­теристики будут параллельными горизонтальными прямыми. Формы напряжений и токов всех элементов схемы приведены на рис. 1.1.3.

Читайте также:  Реферат зависимость силы тока от напряжения

Работа вентилей в ШИП имеет следующие особенности:

— ничем не ограниченные скорости нарастания (скачки) токов в вентилях;

— ничем не ограниченные скорости нарастания прямого напряжения на вентилях;

— отсутствие на управляемых вентилях обратного напряжения.

Источник



Широтно-импульсный способ формирования и регулирования выходного напряжения инвертора

Формирование кривой выходного напряжения инвертора с уменьшенным содержанием гармонических.

Содержание гармонических может быть существенно снижено при использовании широтно-импульсной модуляции (ШИМ), при которой кривая Uн(t) формируется в виде импульсов, промодулированных по синусоидальному закону (рисунок 5.8).

Применение ШИМ обеспечивает преимущественное содержание в кривой Uн(t) основной гармоники и минимальное содержание высших гармонических с близкими к основной гармонике частотами (3,5,7), хотя гармоники с более высокими частотами могут быть значительны. Но эти гармоники легко фильтруются, с помощью простейших фильтров, устанавливаемых перед нагрузкой. Регулирование выходного напряжения осуществляется изменением ширины выходных импульсов (глубины модуляции). Кривая Uн(t), рисунок 5.8 характеризует однополярную ШИМ, т.к. выходные импульсы в течение полупериода имеют одинаковую полярность.

Применяется такая двухполярная ШИМ, при которой вместо пауз в кривой Uн(t) содержатся импульсы противоположной полярности (рисунок 5.9). Поскольку этот метод обеспечивает исключение некоторых, в частности, наиболее низших гармоник, его называют методом избирательного исключения гармонических.

Метод основывается на задании фиксированных углов γ1 и γ2 переключения тиристоров в инверторе. При γ1=23,62° и γ2=33,3° в кривой Uн(t) отсутствуют 3-я и 5-я гармоники. При γ1=16,25° и γ2=22,07° — отсутствуют 5-я и 7-я гармоники. Регулирование выходного напряжения можно производить либо по цепи питания, либо с помощью самого инвертора путём изменения фазового сдвига сигналов управления одной пары тиристоров полумоста относительно сигналов управления другой пары при переключении тиристоров в каждом полумосте с указанными значениями углов γ.

5.2. Способы формирования и регулирования выходного напряжения трёхфазных АИН.

Трёхфазные АИН выполняют по мостовой схеме, состоящей из шести тиристоров VS1÷ VS6 и шести диодов VD1÷ VD6 (рисунок 5.10). Диоды включены встречно – параллельно и выполняют ту же функцию, что и диоды в однофазной схеме. Нагрузка активно-индуктивного характера включена звездой или треугольником – на рисунок 5.10 – звездой. Коммутационные узлы на рисунке не показаны. При рассмотрении кривой выходного напряжения все вентили считаем идеальными ключами. Трёхфазные инверторы допускают те же самые способы формирования Uн(t) как и однофазные. Будем рассматривать наиболее распространённые на практике способы формирования Uн(t): при неизменной длительности проводимости тиристоров ψ = 180° и широтно-импульсный способ.

Читайте также:  Правила пользования индикатором напряжения

5.2.1. Способ формирования и регулирования кривой выходного напряжения при неизменной длительности проводимости тиристоров ψ = 180°.

Каждый тиристор проводит ток в течение ψ = 180°. Последовательность вступления тиристоров в работу соответствует порядку следования их номеров при относительном фазовом сдвиге в 60°. Тиристоры, относящиеся к одной фазе, например VS1 и VS4 не могут быть открыты одновременно. При рассматриваемом алгоритме переключения исключается также одновременное закрытое состояние тиристоров одной фазы. В любой момент времени проводят 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.

Рассмотрим кривые линейных напряжений UAB, UBC, UCA и фазных напряжений UAO, UBO, UCO (рисунок 5.11).

Кривая линейного напряжения состоит из импульсов с амплитудой Е чередующейся полярности длительностью в 120°, разделённых паузой в 60°. Напряжения UAB, UBC, UCA сдвинуты по фазе на 120°. Импульсы напряжения с амплитудой Е положительной или отрицательной полярности создаются при проводимости накрест лежащих тиристоров двух фаз, определяющих рассматриваемое линейное напряжение. Так, например, в кривой UAB импульсы напряжения положительной полярности получаются при открытых VS3 и VS4, а отрицательной полярности – при открытых VS1 и VS6. Интервалам паузы в кривых линейных напряжений соответствует открытое состояние тиристоров общей анодной или катодной группы двух фаз, формирующих линейное напряжение. Интервалы паузы в кривой UAB характеризуются одновременно открытыми VS1, VS3 или VS4, VS6.

Фазные напряжения имеют вид ступенчатой кривой со значениями напряжения 1/3 Е и 2/3 Е. Это определяется тем, что в любой момент времени открыты три тиристора, подключающие нагрузки ZA, ZB, ZC на напряжение Е таким образом, что две из них, например, ZA и ZC на интервале 0-60° включены параллельно между собой и последовательно с третьей ZB. Поэтому в условиях равенства сопротивлений ZA= ZB= ZC при симметричной нагрузке, напряжения фаз, подключённых параллельно равны 1/3 Е, а напряжение фазы, включённой последовательно, равно 2/3 Е. Фазные напряжения также сдвинуты на 120°.

Форма кривой выходного напряжения является удовлетворительной для работы ряда нагрузок, в частности для питания асинхронных двигателей. В кривой выходного напряжения отсутствуют чётные гармоники и гармоники кратные трём. Низшими являются 5 и 7-я гармоники. Характер распределения амплитуд гармоник в линейном напряжении подчиняется зависимости Uл= , а в фазном Uф= .

Амплитуда первой гармоники Uлm(1)= ; Uфm(1)=2/π Е = 0,64Е, а действующее значение напряжения Uл(1)= ; Uф(1)= .

Амплитуды 5-ой и 7-ой гармоник соответственно равны 20% и 14,3% от амплитуды первой гармоники.

Читайте также:  Напряжение датчика кислорода при холостом ходу

Регулирование выходного напряжения инвертора производят по цепи питания, например, применением на входе инвертора управляемого выпрямителя или ИППН.

Принцип формирования кривой выходного напряжения трёхфазных АИН при ШИР подобен однофазным АИН. В кривой линейного напряжения вместо одного импульса длительностью 2π/3 при ψ = 180° необходимо получить несколько импульсов длительностью α, регулируемой от 0 до π/3 с паузой β=π/3-α. Задачу решают путём проведения в инверторе по окончании интервалов α дополнительных переключений так, чтобы на интервалах β одновременно были открыты три тиристора, относящихся к одной анодной или катодной группе. При этом проводящие тиристоры и их диоды на интервалах β создают короткозамкнутую связь всех трёх фаз нагрузки на шине «+» или «-«, что обеспечивает равное нулю напряжение на нагрузке. Фазные токи активно-индуктивной нагрузки на интервалах β замыкаются между фазами в образовавшейся короткозамкнутой цепи. Последовательность переключения тиристоров в АИН с ШИР должна быть такой: 123, 135, 234, 246, 345, 135, 456, 246 и т.д.

Рассмотрим на временных диаграммах принцип формирования и регулирования напряжения (рисунок 5.12).

На протяжении периода каждый тиристор находится в проводящем состоянии в течение трёх интервалов длительностью 60°+α, 60°, β. При этом открытому состоянию тиристора одной фазы, например, VS1 отвечает закрытое состояние другого тиристора той же фазы VS4. Дополнительные переключения необходимы для создания в кривой выходного напряжения интервалов паузы β. Так на интервалах от 60°- β до 60° открыты VS1, VS3, VS5; ни интервале от 120°- β до 120° — VS2, VS4, VS6; на интервале от 180°- β до 180° — VS1, VS3, VS5 и т.д. На интервалах α формирование импульсов выходного напряжения происходит так же, как и в предыдущем способе. В результате кривая линейного напряжения содержит четыре импульса на протяжении периода (Клн = 4) с амплитудой Е, а кривая фазного напряжения шесть импульсов (Кфн = 6) с амплитудой 1/3 Е и 2/3 Е. Трёхфазные АИН допускают ШИР и при большем числе импульсов в кривых линейного и фазного напряжения. Необходимость увеличения числа импульсов в кривой выходного напряжения обуславливается стремлением улучшить его состав гармоник при регулировании. Рассмотрим состав гармоник в кривых линейного напряжения при различном количестве импульсов κ за период (рисунок 5.13).

Из характеристик (рисунок 5.13) видно, что при κлн = 4 в выходном напряжении инвертора имеется довольно значительное содержание 5-ой и 7-ой гармоник, причём при α

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник