4.3.3.3 П’ятирівневий інвертор з фіксуючими діодами

Схема одного плеча (фази) п’ятирівневого АІН (ПАІН) приведена на рис.4.101. В якості ключів (К1-К8) використовуються RC IGСT (зі зворотним діодом). Кількість фіксуючих діодів VD1-VD6 показана згідно зворотній напрузі (U, 2U, 3U). Напруга фази АІН u_А0 дорівнює:

0 при відкритих К₃, К₄, К₅, К₆;

+U при відкритих К₂, К₃, К₄, К₅;

-U при відкритих К₄, К₅, К₆, К₇;

+2U при відкритих К₁, К₂, К₃, К₄;

-2U при відкритих К₅, К₆, К₇, К₈.

У трифазній мостовій схемі загальна кількість станів становить . Загальна кількість базових векторів. Відносно схеми ЧАІН додається ще 24 базових ненульових вектори (стани) для четвертого рівня просторового вектора (п.4.3.2.1), який визначає максимальне значення напруги.

При цьому (рис.4.102) відносна тривалість першого рівня и_ФАІН (відносно π) становить α₁=11/12, для другого рівня α₂=9/12. Для симетричного навантаження ПАІН, з’єднаного за схемою «зірка» (без нейтрального дроту) напруга и_ФН має східчасту форму (рис.4.102) при 8 рівнях (з кроком 1/3U), вона відрізняється від и_ФАІН лише тим, що в нім відсутні гармоніки кратні трьом. Таким чином, амплітуди першої і найближчих вищих гармонік (порядок гармоніки k) можна визначити виходячи з розкладання в ряд Фур'є напругу и_ФАІН

.

Діюче значення 1-ї гармоніки фазної і лінійної напруги,.

Фазна напруга и_ФН (рис.4.102) має шість рівнів: перший і другий рівні з амплітудою 2/3U и 4/3U при відносній тривалості α₁=11/12 и α₂=9/12; третій і наступні з амплітудою 5/3U, 6/3U, 7/3U, 8/3U при α₃=7/12, α₄=5/12, α₅=3/12, α₆=1/12. Її діюче значення

. Коефіцієнти спотворення і гармонік фазної напруги: ν=0.995, К_ГН=THD=9.6%. Напруга ключа схеми .

Сигнали керування ключами ПАІН: ,,,,,,,(U_1P, U_2P, U_1N, U_2NP - логічні змінні, відповідні першому і другому рівням позитивної (індекс Р) і негативної (індекс N) напівхвиль u_ФАІН).

Використання БШІМ. При цьому використовується чотири модулюючі напруги одиничної амплітуди (u_TP1-u_TP4), які зсунуті за рівнем (u_TP2=1+u_TP1, u_TP3=-1+u_TP1, u_TP4=-1+u_TP3). Напруга завдання (μ – коефіцієнт модуляції за амплітудою) порівнюється за рівнем з модулюючою напругою, внаслідок чого формується чотири напруги

, ,,.

Розрахунок середніх та діючих значень струмів у схемі достатньо складний. Відносні значення струмів при μ=1 и соsφ=0.9 приведені в табл.4.20. Струми діодів ключів К1-К4 не перевищують 1% і табл.4.20. не приведені.

Таблиця 4.20

Завантаження ключів ПАІН за струмом при cоsφ=0.9

Відносні значення I¹_d1=I_d1/I_Hm и I¹_d2=I_d2/I_Hm, що визначають завантаження крайніх (2U) та середніх (U) джерел і відносної амплітуди гармонік I¹_d1m(3)=I¹_d1m(3)/I_Hm и I¹_d2m(3)=I¹_d2m(3)/I_Hm при соsφ=0.8 приведені на рис.4.103.

Осцилограми напруги фази навантаження, фази ЧАІН та вихідного струму при μ=1 і частоті модуляції f_M=2 кГц подані на рис.4.104. При цьому для напруги фази навантаження THD=17%.