logo search
Desktop / 4 / 4розділ

4.1.2.1 Автономний інвертор струму з формуванням в навантаженні

синусоїдального струму

Виходимо з того, що струм на вході АІС постійний id=Id. Вихідний струм фази АІС iИ при цьому має форму імпульсів позитивної або негативної полярності і може приймати три значення Id, 0, -Id. При використанні ШІМ ключі АІС перемикаються з високою частотою модуляції fМ. Змінюючи тривалість - ширину імпульсу можна задавати визначене середнє значення струму iИ за період модуляції Т=1/fМ (такт модуляції) IИСР. Граничне середнє значення IИСР=±Id. Змінюючи значення IИСР на кожному такті модуляції можна сформувати IИСР(t) за певним законом. Таким чином, для синусоїдального закону отримуємо (iИ(1) - перша гармоніка вихідного струму, μ=(0-1) - коефіцієнт модуляції за амплітудою). Вищі гармоніки струму замикаються через конденсатори фільтра, перша гармоніка надходить до кола навантаження.

Використання ШІМ для трифазного АІС має певні особливості у порівнянні з АІН. Розглянемо можливі варіанти реалізації ШІМ.

Вибіркова ШІМ (selected harmonic elimination (SHE) PWM) з обмеженням вищих гармонік струму низького порядка. Виходимо з того, що завжди відкриті ключі у двох плечах. На рис.4.12,а показано діаграми струму у вихідних фазах АІС при п’яти імпульсах у напівперіод вихідного струму. При цьому на інтервалі (0, π/3) імпульси струму фази с (ic) є інверсією імпульсів струму фази а (iа), а струм у фазі в (iв) є безперервним. В той же час імпульси струму iа на інтервалі (π/6, π/3) є інверсією відносно імпульсів iа на інтервалі (0,π/6).

Амплітуда k-ї гармоніки струму (k=6l±1)

.

Відзначимо, що у даному виразі є дві змінні величини α1 та α2. Це дозволяє обмежити (виключити) з гармонійного складу струму фази АІС дві гармоніки 5-у та 7-у. Так умова виключення гармонік Um(5)=Um(7)=0 виконується при α1=7.93° и α2=13.73°.

При трьох імпульсах (рис.4.12,б) існує тільки одна змінна α1, це дозволяє виключити 5-у гармоніку. Цьому відповідає значення α1=18°.

При семи імпульсах (рис.4.12,в) існує три змінних α1, α2, α3, це дозволяє виключити 5-у, 7-у, 11-у гармоніки. Цьому відповідає значення α1=2.24°, α2=5.6°, и α3=21.26°.

Регулювання амплітуди першої гармоніки вихідного струму АІС передбачає регулювання постійного струму на вході АІС або змінювання значень кутів αi. У останньому випадку гармонійний склад вихідного струму погіршується, оскільки можливо лише часткове придушення гармонік низького порядку. Окрім того, регулювання можливо тільки в певних межах. Реалізація даного принципу керування потребує попередніх розрахунків і достатньо складна, проте він широко використовується у перетворювачах частоти (п.6.).

Трапецеїдальна ШІМ. Використовує той же підхід, що і вибіркова ШІМ при одночасному вмиканні ключів у двох плечах мосту. Проте її реалізація не потребує попередніх розрахунків і значно простіша. При цьому (рис.4.13) на інтервалі (π/3, 2π/3) вихідний струм постійний, на інших імпульси формуються шляхом порівняння за рівнем заданої напруги трапецеїдальної форми uЗАД та модулюючої напруги трикутної форми uТР за умови, що uЗАД≥uТР. Амплітуда uЗАД регулюється, що дозволяє в певних межах змінювати амплітуду першої гармоніки вихідного струму АІТ, або забезпечити придушення вищих гармонік. Так при кількості імпульсів у напівхвилі вихідного струму 21 і співвідношенні амплітуди напруги uЗАДm/uТРm=0.82 [] значення 5-ї гармоніки - нуль, а 7-ї, 11-ї та 13-ї гармонік, становить по відношенню до першої 4 %, 1 % і 2 %, відповідно.

Слід відзначити, що можливості розглянутих методів обмежені і це, головним чином, пов’язано з відсутністю регулювання вихідного струму на інтервалі (π/3, 2π/3).

Векторна ШІМ. Розглянемо формування вихідного струму АІС з використанням метода просторового вектора (векторна ШІМ (ВШІМ)), який забезпечує найбільш повне використання АІС за струмом при мінімальній кількості перемикань ключів. Слід зазначити, що формується вектор вихідного струму АІС, вектора струму навантаження і вихідної напруги визначаються параметрами навантаження і ємністю конденсаторів вихідного фільтра.

Суть методу просторового вектора стосовно до формування вихідної напруги АІН докладно розглянуто в п.4.2.5.3. Розглянемо особливості реалізації стосовно схеми АІС.

Можливі стани схеми АІС (а+ визначає замикання верхнього ключа у плечі а (фаза а ) , а- відповідно замикання нижнього ключа), вихідні струми і відповідні їм кути повороту β просторового вектора струму представлені в табл.4.1. Побудову вектора 1 ілюструє рис.4.14. При цьому вісь дійсних чисел поєднується з вектором струму фази А, а результуючий вектор струму IP випереджає його на кут β=30º. При цьому отримуємо 6 ненульових векторів (табл.4.1) і три нульових, коли навантаження від АІС відключено і замкнені обидва ключі в одному з плечей схеми. Положення вектора струму показані на рис.4.15, а.

Таблиця 4.1