4.2.2.3 Перемодуляція як засіб підвищення вихідної
напруги інвертора
Перемодуляція (μ>1). Здійснюється, якщо амплітуда заданої синусоїдальної напруги uЗАД перевищує амплітуду модулюючої uТР (рис.4.27). Це рівноцінно тому, якби у якості заданої використовувати напругу uT, форма якої наближається до трапецеїдальної (на рис.4.30 показано випадок, коли μ=2). Для неї можна використати стандартне розкладання у ряд Фур’є [20], що має вигляд
, (4.14)
де аm, α - параметри напруги, що відображена на рис.4.30. При цьому аm дорівнює амплітуді модулюючої напруги, а α=π/6. З урахуванням відзначеного отримуємо
.
Таким чином амплітуда основної гармоніки складає
UTm(1)=(12/π2)аm=1.216аm.
Це визначає можливість підвищення амплітуди вихідної напруги інвертора в 1.216 рази із значенням μ=2.
Не важко показати, що залежність амплітуди основної гармоніки від коефіцієнту модуляції має нелінійний характер, що відображає рис.4.31.
Відзначимо, що згідно (4.14) перемодуляція призводить до погіршення гармонійного складу – додаються низькочастотні гармоніки з амплітудами:
Um(3)=0.26аm, Um(5)=0.0468аm, Um(7)=0.024аm і т.д.
Покращення гармонійного складу і забезпечення лінійності регулювальної характеристики інвертору при підвищенні напруги до 15.5% можна досягти іншим засобом – використанням попередньої модуляції напруги завдання.
Цей засіб передбачає приμ>1 додавання третьої (до основної) гармоніки, амплітуда якої складає (μ-1) відносно амплітуди модулюючої напруги, що ілюструє рис.4.32, де напруга завдання у відносних одиницях (u/UТРm)
u*ЗАД=u*ЗАД(1)+u*ЗАД(3)=
=1.155sinωt+0.155sin3ωt.
Відповідні гармоніки будуть присутні і у вихідній напрузі, проте інші низькочастотні гармоніки з номерами 5,7,9,... відсутні. Переваги цього метода особливо проявляються у трифазних інверторах напруги (п.4.2.5).
Слід відзначити, що проведений аналіз виконано з умови, що ємності конденсаторів однакові і достатньо великі, щоб напруга джерела незалежно від режиму роботи розподілювалась між ними навпіл або використовуються два однакових джерела. Крім того, до вимкнутого ключа, коли відкрито другий ключ прикладена загальна напруга джерела, тобто ключі повинні обиратися на напругу U. Внаслідок цього, розглянута схема самостійного використання в якості інвертора напруги не знайшла.
4.2.3 Інвертор напруги з формуванням вихідного струму
Інвертор напруги може бути використано в якості джерела струму, тобто коли формується вихідний струм. Для цього звичайно використовується замкнена за струмом система регулювання з застосуванням релейного регулятору, що реалізує принцип так званого “коридору струму”, коли відхилення вихідного струму iФ відносно заданого значення iЗАД не перевищує Δ.
Принцип ілюструє рис.4.33 - навантаження активно-індуктивне з коефіцієнтом потужності 0.8. При вмиканні ключаК1 (інтервал часу tBMK) напруга uA0 позитивна (U/2) і струм у навантаженні iФ повільно зростає. Коли значення iФ становить iФ≥(iЗАД+Δ) ключ К1 вимикається і вмикається ключ К2 (або однойменний діод), напруга uA0 змінює полярність (-U/2). Це призводить до того, що вихідний струм iФ поступово зменшується (інтервал часу tBИMK), доки його значення не стане iФ≤(iЗАД -Δ), знову вмикається ключ К1, напруга uA0 змінює полярність (U/2) струм починає зростати. Таким чином, при перемиканні ключів на виході інвертору формується струм, миттєве значення якого коливається у “коридорі” значень (iЗАД +Δ)≥iФ≥(iЗАД -Δ) і повторює закон змінювання iЗАД.
Структурна схема системи керування, що реалізує розглянутий принцип подана на рис.4.34. Вона містить у собі давач струму ВІ, суматор Σ, релейний елемент РЕ, формувач імпульсів керування ключами ФІ. Сигнал похибки з виходу суматору (мова йде про сигнали, що пропорційні вказаним струмам) i*=(iЗАД –iФ) надходить до входу РЕ. Релейний елемент має два стани, в які перекидається за умовами i*≥Δ і i*≤-Δ. Відповідно з сигналом з виходу РЕ формувач імпульсів здійснює керування ключами К1 і К2. ФІ виконує функції підсилення імпульсів до необхідного рівня, гальванічного розділення кіл керування і силового кола, забезпечує затримку за переднім фронтом імпульсів керування (“dead time” – мертвий час). Відзначимо, що період модуляції і тривалість вмикання ключів інвертору змінюються продовж періоду вхідного струму, тобто отримуємо часо-імпульсну модуляцію. Частота модуляції залежить від параметрів навантаження і заданого значення відхилення Δ.
Можливі і інші варіанти реалізації режиму роботи інвертора з формуванням вихідного струму.
- 4 Автономні інвертори
- Структура автономного інвертора
- 4.1 Автономні інвертори струму
- 4.1.1 Автономні інвертори струму на тиристорах, що не
- 4.1.1.1 Однофазна мостова схема автономного інвертора струму
- Активно-індуктивне навантаження.
- 4.1.2 Однофазний мостовий автономний інвертор струму з
- 4.1.3 Трифазний мостовий автономний інвертор струму
- 4.1.2 Автономні інвертори струму на повністю керованих ключах
- 4.1.2.1 Автономний інвертор струму з формуванням в навантаженні
- Можливі стани схеми аіс
- 4.1.2.2 Автономний інвертор струму у режимі джерела
- 4.2 Дворівневі автономні інвертори напруги
- 4.2.1 Базові схеми дворівневих автономних інверторів напруги
- 4.2.2 Формування і регулювання вихідної напруги
- 4.2.2.1 Формування напруги прямокутної форми
- 4.2.2.2 Використання широтно-імпульсної модуляції для
- 4.2.2.3 Перемодуляція як засіб підвищення вихідної
- 4.2.4 Однофазний мостовий інвертор
- 4.2.4.1 Формування вихідної напруги інвертору з
- Значно покращити гармонійний склад вихідної напруги інвертору у порівнянні з біполярною шім дозволяє використання однополярної шім.
- 4.2.4.2 Формування вихідної напруги інвертору з використанням однополярної шім
- Навантаження елементів схеми однофазного мостового аін за струмом.
- 4.2.5 Трифазний інвертор напруги
- Розв’язання.
- 4.2.5.1. Трифазний інвертор з шім
- 4.2.5.2 Векторна шім
- Цей недолік можна компенсувати використанням перемодуляції. У останній час розповсюдження знайшов інший метод, що отримав назву векторна шім (вшім) - Space Vector Pulse Width Modulation.
- 4.2.6 Недоліки дворівневих інверторів
- 4.3 Багаторівневі інвертори
- 4.3.1 Базові структури багаторівневих інверторів
- 4.3.2 Основні принципи формування вихідної напруги
- 4.3.2.1 Амплітудне регулювання
- Діюче значення першої гармоніки фазної і лінійної напруги:
- Гармонійний склад напруги
- 4.3.2.2 Вибіркове формування з заданим гармонійним складом
- 4.3.2.3 Попередня модуляція завдання гармоніками кратними трьом
- Коефіцієнт гармонік вихідної напруги
- 4.3.2.4 Багаторівнева шім
- 4.3.3. Багаторівневі інвертори з декількома рівнями напруги
- 4.3.3.1. Трирівневий інвертор з фіксуючими діодами
- Однофазний мостовий трирівневий аін.
- Середнє значення струму тиристора ключа к2а (vtк2а)
- 4.3.3.2 Чотирирівневий інвертор з фіксуючими діодами
- 4.3.3.3 П’ятирівневий інвертор з фіксуючими діодами
- 4.3.4 Багаторівневі інвертори з плаваючими конденсаторами
- 4.3.5 Каскадні схеми з послідовним з’єднанням інверторів
- 4.3.6 Каскадні схеми з паралельним з’єднанням інверторів
- 4.3.6.1 Каскадні схеми з безпосереднім з’єднанням вихідних кіл
- 4.3.6.2 Каскадні схеми з вихідним підсумовуючим трансформатором
- 4.3.7 Асиметричні каскадні схеми багаторівневих інверторів
- Кратність 1:1:4. Розв'язуються задачі перерозподілу завантаження аін для виключення циркуляції енергії і забезпечення мінімуму перемикань ключів аін3.
- 4.3.9 Схеми з «реактивною коміркою» та послідовним силовим
- 4.3.10 Каскадні схеми із з’єднанням інверторів через фази