logo
Desktop / 4 / 4розділ

4.2.2.2 Використання широтно-імпульсної модуляції для

формування вихідної напруги інверторів

Звичайно використовується синусоїдна ШІМ, коли середнє значення вихідної напруги на періоді модуляції (ТМ=1/fМ, fМ – частота модуляції ) формується за синусоїдним законом. Це дозволяє отримати у навантаженні синусоїдну форму струму.

Розглянемо, як це здійснюється відносно схеми рис.4.23. Вище показано (рис.4.24), що при перемиканні відповідного ключа (К1іК2) або однойменних діодів (в залежності від напрямку струму) вихідна напруга приймає два значення:+U/2 або– U/2. При використанні ШІМ ключі перемикаються з частотою модуляції, на кожному з періодівТМчас вмиканняК1становитьtі, а час вмиканняК2, відповідно (ТМ – tі). Середнє за періодТМзначення вихідної напруги становить (рис.4.26)

UСР ==[tі∙U – U(TМ- tі)]= U∙ - U +U∙= (2∙ - 1),

де = tі /ТМ - коефіцієнт заповнення імпульсу. Діаграми вихідної напруги при різних значеннях (0.5; 0.625; 0.75) і відповідні значення UСР показані на рис.4.26 (фігура, що відповідає кривій змінювання UСР, заштрихована)

Якщо значення змінюється за синусоїдним законом =0.5(1+μ∙sinωt), то отримуємо UCР(t)= ∙μ∙sinωt, де μ –коефіцієнт модуляції, що змінюється від 0 до 1 і визначає значення вихідної напруги відносно напруги джерела U.

Для реалізації ШІМ звичайно використовують порівняння за рівнем заданої напруги uЗАД і модулюючої напруги трикутної формиuТР з частотоюfМ=1/Т (частота модуляції або несуча частота). Таким чином, рівень заданої напругиuЗАДперетворюється в пропорційну йому тривалість імпульсівti=tВМК.

Окрім коефіцієнта модуляції амплітуди μ у подальшому використано коефіцієнт модуляції частоти, що визначається співвідношенням частоти модуляції та вихідної частоти mf=fM/f, де f=ω/2π, ω – кутова частота вихідної напруги.

Принцип реалізації синусоїдальної ШІМ для напівмостової схеми інвертора ілюструють діаграми, що подані на рис.4.27.

Сигнал керування на вмикання ключа К1 формується якщо uЗАД>uTP (інтервал часу tВМК), якщо uЗАД<uTP (інтервал часу tВИМК) формується сигнал на вмикання ключа К2. Так при uЗАД=0 значення γ=0.5, із збільшенням uЗАД зростає γ, при uЗАД=UТРm значення γ=1.

Таким чином на кожному періоді модуляції ключі вмикаються почергово (вмикається К1, вимкнуто К2 і навпаки). При цьому вихідна напруга пульсує між двома значеннями 0.5U і -0.5U.

Основна (перша) гармоніка uН(1) при μ=0.9 і mf =15, fM =750Гц, f=50Гц (частота основної гармоніки) показана на рис.4.26.

На рис.4.28 подано спектр напруги на навантаженні, де амплітуди гармонік відображені у відносних одиницях U*=Um(K) /(0.5U). При цьому слід відзначити наступне:

- при синусоїдній модуляції і μ≤1 амплітуда основної гармоніки вихідної напруги прямо пропорційна амплітуді синусоїди uЗАД, а діапазон регулювання μ в межах від 0 до 1 є лінійним;

- найбільш виражені гармоніки знаходяться у смузі частот з центрами що є кратними частоті модуляції mf, 2mf, 3mf...

- на відміну від прямокутної форми практично відсутні низькочастотні гармоніки, що зменшуються при збільшенні значення mf.

При даному характері напруги індуктивність навантаження виконує роль фільтру вищих гармонік, оскільки індуктивний опір є пропорційним частоті гармоніки. Відповідно, складові струму від вищих гармонік напруги суттєво зменшуються і форма струму визначається першою гармонікою і наближається до синусоїдальної (рис.4.29).

Амплітуда і діюче значення основної гармоніки становить:

, .

Діюче значення , Коефіцієнт викривлення і гармонік напруги:,(приμ=1 ν=0.707, THD=1). Погіршення показників в порівнянні з п.4.2.2.1 обумовлено значними амплітудами вищих гармонік (рис.4.28). Для послаблення їх впливу на струм навантаження і можливості їх ефективної фільтрації потрібно обирати достатньо великі значення mf.

Разом з тим, якщо модуляція відсутня і форма вихідної напруги є прямокутною, амплітуда основної гармоніки становить (п.4.2.2.1) , тобто в 1.278 разів більше. Таким чином є можливість підвищення значення основної гармоніки, що досягається при використанні так званої,перемодуляції, коли μ>1 і відповідно UЗАДm>UТРm