4.3.3.1. Трирівневий інвертор з фіксуючими діодами
Напівмостова схема трирівневого БАІН. Розглянемо роботу трирівневого АІН з фіксуючими діодами (Diode clamp inverter) на прикладі напівмостової схеми (рис.4.82), що містить у собі джерело постійного струму з напругою 2U і розподілювачем напруги на конденсаторах С (може бути два послідовно з’єднаних джерела з напругою U кожне), а також комутатор з чотирма ключами К1 - К4 і двома фіксуючими діодами VD1 і VD2, що утворюють плече інвертору. Навантаження ZH підключено до середнього виводу 0 джерела і виводу комутатору а. Схема плеча БАІН на транзисторах подана на рис.4.83.
На відміну від розглянутої вище схеми АІН (з двома рівнями напруги джерела постійного струму) кількість ключів на плече подвоїлась. Розподіл напруги між послідовно з’єднаними ключами здійснюється за допомогою фіксуючих діодів VD1, VD2.
Вихідна напруга иH=иао може приймати три значення (рівня): +U, 0, -U.При вмиканні верхньої пари ключівК1, К2(К3, К4 - вимкнуті) навантаження (рис.4.82) підключено до верхнього конденсатору і напруга на ньомуиH=+U, при вмиканні нижньої пари ключівК3, К4 навантаження підключається до нижнього конденсатору і иH=-U. Перехід на нульовий рівень з позитивного здійснюється вимкненням ключаК1 (на К2 залишається сигнал керування, що забезпечує його вмикання) з одночасним вмиканням ключаК3. При цьому в залежності від напряму струм навантаження замикається за коломZH, VD1, К2 (позитивний напрямок струму) абоZH, К3, VD2 (негативний напрямок струму). Перехід з негативного рівня на нульовий здійснюється аналогічно – вимикаєтьсяК4 з одночасним вмиканнямК2.Для переходу з нульового рівня на негативний здійснюється вимкнення ключаК2 з одночасним вмиканням ключаК4.
Фіксація напруги, що прикладена до вимкнутих ключів на рівні U забезпечується діодами VD1 і VD2. Наприклад, при вимиканні ключа К1 до нього через діод VD1 при позитивному напрямку струму (VD2, К3, К2 - при негативному) прикладена напруга верхнього конденсатору. При вимкненні ключа К2 (вмикаються К3, К4 і вивід а з’єднується з негативним виводом нижнього конденсатору) до послідовно з’єднаних ключів К1, К2 прикладена напруга 2U, що розподіляється між ними приблизно пополам (звичайно якщо параметри ключів ідентичні).
Таким чином, схема може регулювати вихідну напругу методом однополярної ШІМ. Недоліком схеми є те, що струм навантаження завжди тече через два ключі, або ключ і фіксуючий діод при подвійних втратах напруги.
Розглянемо використання багаторівневої ШІМ із зсувом модулючої напруги за рівнем. Суть цього метода з використанням модулюючої напруги трикутної форми високої частоти (частота модуляції fM) відносно однофазної напівмостової схеми трирівневого БАІН (рис.4.82) демонструє рис. 4.84.
Кількість рівнів модулюючої напруги при m рівнях напруги джерела М=m-1. У даному випадку М=2. При цьому модулюючі напруги иТР1 і иТР2 зсунуті за рівнем відносно нулю.
Імпульси керування ключами формуються порівнянням за рівнем синусоїдної напруги иЗАД і модулюючих иТР1 і иТР2. Якщо иЗАД> иТР1 формується імпульс на вмикання ключа К1, інверсні імпульси подаються на ключ К3, якщо иТР2>иЗАД формується імпульс на вмикання ключа К4, інверсні імпульси подаються на ключ К2.
У результаті напруга фази БАІН відносно середнього виводу джерела иН=иао має вигляд (рис.4.84) як і при однополярній модуляції у схемі однофазного дворівневого АІН (п.4.2.4.1). Діаграми роботи схеми ілюструє рис.4.85. Як і у дворівневого АІН при однополярній ШІМ (п.4.2.4.1) перша гармоніка напруги навантаження
uH(1)=μUsinω2t. (4.71)
При синусоїдальному струмі навантаження іН струм у елементах схеми має імпульсний характер. На рис.4.85 подані струми idP, idN, id0, що споживаються БАІН від позитивного (струм ключа К1), негативного (струм ключа К4) і нульового (середнього) виводу джерела. Методика розрахунку навантаження елементів схеми за струмом розглянута нижче для мостових схем БАІН.
Слід відзначити, що за даним принципом може бути побудована схема з любою кількістю рівнів (відповідно кількості рівнів напруги джерела постійного струму), про що мова йде далі.
- 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