4.3.2.4 Багаторівнева шім
Синусоїдальна багаторівнева ШІМ (БШІМ). Розглянемо методику розрахунку коефіцієнта гармонік (THD) незалежно від методу і частоти модуляції [108]. Вихідна напруга фази БАІН uФ при БШІМ має східчасту форму (рис.4.80) з відпрацюванням обвідної методом ШІМ за законом (θ=ωt). Амплітуда першої гармоніки визначається значенням А (відносна амплітуда uФ - по відношенню до напруги одного рівня). Для визначення THD необхідно виконати розрахунок діючого значення напруги БАІН.
За визначенням діюче значення напруги
. (4.64)
Уявимо напругу uФ як суму напруги u1 і u2. Напруга u1 двополярна та отримана методом ШІМ при амплітуді U1m яка дорівнює половині напруги одного рівня, що у відносних одиницях становить U1m=0.5. Напруга u2 має східчасту форму з рівнями (i-0.5) (де i=1,2,…(n-1), n=floor(A) - кількість рівнів фазної напруги), перехід на черговий рівень відповідає кутам . При даному розкладанніuФ на складові, діюче значення u1 незалежно від частоти модуляції і коефіцієнта заповнення дорівнює U1=0.5, просто визначається і діюче значення u2.
Таким чином, вираз (2.1) можна представити як
(4.65)
Перша і третя складові в (4.65) відповідають квадрату діючих значень напруги u1 і u2. Для першої (U1)2=(0.5)2, третя з урахуванням рис.4.80
(4.66)
Друга складова (4.65)
(4.67)
Складові (4.67) визначають середнє значення u1 на відповідному інтервалі, яке при синусоїдальній ШІМ може бути визначено через напругу завдання uЗАД=Аsinθ, з урахуванням чого (4.67) перетворимо до вигляду
(4.68)
Після перетворення отримуємо
(4.69)
Коефіцієнт гармонік (THD)
.
Вираз (4.69) отримано для напруги фази БАІН. У трифазній системі без нульового проводу у фазній напрузі навантаження відсутній ряд модуляційних гармонік, тобто ТHD напруги фази навантаження менше, ніж фази БАІН. В (4.69) діюче значення напруги вищих гармонік визначено складовою за дужками. Це дозволяє внести відповідне коригування
(4.70)
де ς = 0.85 при багаторівневої ШІМ із зсувом модулюючої напруги за рівнем і ς = 0.8 при багаторівневій ШІМ із зсувом модулюючої напруги за фазою.
Залежність КГН(А) (THD) наведена в табл.4.13. Для зіставлення в табл.4.13 наведені значення THDМ за результатами моделювання.
Таблиця 4.13
Коефіцієнт гармонік напруги при МШІМ
А | 1.5 | 2 | 2.5 | 3 | 3.5 | 4 | 4.5 | 5 | 5.5 | 6 | 6.5 | 7 |
THD, % | 35.9 | 23.2 | 21.3 | 15.7 | 15.1 | 11.9 | 11.7 | 9.61 | 9.54 | 8.05 | 8.05 | 6.92 |
THDМ, % | 37.5 | 21.5 | 22.1 | 15.1 | 15.4 | 11.7 | 11.7 | 9.52 | 9.5 | 8.05 | 8.07 | 6.8 |
Продовження таблиці 4.13
А | 7.5 | 8 | 8.5 | 9 | 9.5 | 10 | 10.5 | 11 | 11.5 | 12 | 12.5 | 13 |
THD, % | 6.96 | 6.08 | 6.13 | 5.42 | 5.48 | 4.89 | 4.95 | 4.45 | 4.52 | 4.09 | 4.15 | 3.78 |
THDМ, % | 7 | 6 | 6.2 | 5.3 | 5.6 | 4.8 | 5 | 4.4 | 4.5 | 4.05 | 4.18 | 3.73 |
Слід зазначити, що відповідність стандарту [89] THD=5% (граничне значення THD=8%) досягається тільки при А>6 (N =13).
Традиційними методами керування відносно БАІН є багаторівнева ШІМ з зсувом модулюючої напруги за рівнем і багаторівнева ШІМ з зсувом модулюючої напруги за фазою. Формування напруги керування ключами АІН здійснюється шляхом порівняння за рівнем модулюючої напруги трикутної форми uТР з частотою fM і заданої синусоїдальної напруги иЗАД. Відповідні імпульси формуються при перевищенні значення одної напруги над іншою.
При багаторівневій ШІМ з зсувом модулюючої напруги за рівнем для ключів кожного i- рівня напруги фази БАІН використовується дві напруги uТРі та u1ТРі, що зсунуті одна відносно другої за рівнем симетрично нулю. При цьому для кожного з рівнів напруги, що формуються, ці напруги зсунуті за вертикаллю на амплітуду. Задана напруга uЗАД має амплітуду в n- раз більшу ніж амплітуда uТР (для максимальної напруги на виході).
Цей метод є придатним для любої структури БАІН і єдиним можливим для багаторівневих інверторів з декількома рівнями напруги джерела постійного струму.
Відносно каскадних схем із з’єднанням декількох (n) інверторів можливо використання багаторівневої ШІМ з зсувом модулюючої напруги за фазою. При цьому напруги иТР1, иТР2,…, иТРn для різних АІН зсунуті за фазою на кут θ=2π/n, що становить ТМ/n (ТМ –період напруги иТР ). Задана синусоїдна напруга иЗАД для максимальної напруги на виході має амплітуду, що дорівнює амплітуді иТР.
За рахунок зсуву модулюючої напруги імпульси вихідної напруги окремих інверторів також зсунуті між собою. Також зсунуті за фазою і вищі гармоніки вихідної напруги. При складанні їх певні гармоніки взаємо компенсуються і відсутні у результуючій напрузі БАІН. Це обумовлює покращення гармонійного складу. Важливим є також те, що напруги АІН формуються за однаковим законом і однаковим є завантаження всіх інверторів.
- 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