Основные схемы и импульсное регулирование автономных инверторов напряжения - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Главная

Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Основные схемы и импульсное регулирование автономных инверторов напряжения

Схемы и переключающие функции автономных инверторов напряжения. Структура полумостовых, однофазных мостовых и трехфазных мостовых автономных инверторов напряжения. Работа трехфазного автономного инверторов напряжения на несимметричную нагрузку.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Основные схемы и импульсное регулирование автономных инверторов напряжения (АИН)
автономный инвертор напряжение мостовый
1. Основные схемы АИН. Переключающие функции
2. Широтно-импульсное регулирование (ШИР)
2.3 Работа трехфазного АИН на несимметричную нагрузку
1. Основные схемы АИН. Переключающие функции
Обобщенная структурная схема АИН представлена на рис. 1.1.
Размещено на http://www.allbest.ru/
При создании инверторов необходимо в первую очередь учитывать требования к качеству выходного напряжения АИН, которые предъявляет потребитель энергии. Наиболее полное представление о качественных показателях напряжения дает его спектр, точнее совокупность спектров в различных режимах работы преобразователя. Наличие фильтров на входе и выходе вентильного блока также обуславливает необходимость расчета спектров выходного напряжения и входного тока инвертора, поскольку и расчет фильтров основывается на спектральных методах.
Рассмотрим типовые структуры ключевых блоков, как однофазных АИН, так и трехфазных.
Полумостовая схема однофазного инвертора напряжения приведена на рис. 1.2. Схема содержит два ключа V1 и V2 .
Размещено на http://www.allbest.ru/
Введем понятие ключевой переключающей функции : F i равна 1, если i -й ключ проводит ток, и F i =0, если i -й ключ заперт. В схеме возможны четыре комбинации состояний ключей:
Вар.1 . F 1 = 1, F 2 = 0, при этом u вых = E / 2, токи источника i 01 = i вых , i 02 =0.
Вар 2. F 1 = 0, F 2 = 1, при этом u вых = = - E / 2 , i 01 =0, i 02 = - i вых .
Вар.3 . F 1 = 1 , F 2 = 1 - такое включение недопустимо, так как приводит к короткому замыканию источника питания.
Вар. 4. F 1 =0, F 2 =0. При этом нагрузка обесточена, токи источника равны нулю. Поскольку в силовых схемах нагрузка всегда имеет комплексный характер, состояние ключей, приводящее к обрыву тока нагрузки, недопустимо. Однако в АИН на реальных полупроводниковых приборах процесс развивается иначе. Поэтому продолжим анализ, обратившись к схеме на рис. 1.3, где ключи представлены в виде полупроводниковых приборов.
Рассмотрим возможные состояния ключей, исключив 3-й вариант, приводящий к возникновению аварийного режима.
Вар.1. F 1 = 1, F 2 = 0, при этом потенциал точки А относительно точки 0 A = E при любой полярности тока нагрузки. При i вых > 0 (направление тока i вых совпадает с направлением стрелки на рисунке) ток нагрузки замыкается через транзистор VT 1, при i вых < 0 ток нагрузки протекает через диод VD 1 .
Вар. 2. F 1 = 0, F 2 = 1, при этом A = 0 при любой полярности тока нагрузки. При i вых < 0 (направление тока i вых противоположно направлению стрелки на рисунке) ток нагрузки замыкается через транзистор VT 2, при i вых > 0 ток нагрузки протекает через диод VD 2 .
Размещено на http://www.allbest.ru/
Таким образом, в рассмотренных двух вариантах состояния ключей потенциал A не зависит от направления тока и определяется только сигналами на управляющих электродах транзисторов.
Вновь рассмотрим вариант 4. При отсутствии импульсов на управляющих электродах обоих транзисторов возможны два случая:
а) при i вых > 0 выходной ток замыкается через диод VD 2 и потенциал A =0;
б) при i вых < 0 выходной ток протекает через диод VD 1 и A =E .
Таким образом, потенциал точки А зависит от полярности выходного тока и не зависит от управляющих сигналов, формируемых системой управления инвертора. Однако рассматриваемый режим является необходимым для обеспечения нормальной работы силовых ключей схемы. При снятии управляющего импульса с силового ключа его ток спадает в течение некоторого времени и включение второго ключа до завершения процесса спада тока приведет к возникновению короткого замыкания источника питания через два последовательно включенных ключа. Поэтому вступление в работу второго ключа должно быть задержано на временной интервал, называемый «мертвой» паузой, достаточный для спада тока первого ключа. Если длительность интервала «мертвой» паузы не превышает 0,01ч0,02 интервала между коммутациями силовых ключей, воздействие процессов в течение «мертвой» паузы на формирование выходного напряжения инвертора незначительно. При использовании спектральных методов анализа интервал «мертвой» паузы не учитывается. Его влияние на работу преобразователя может быть учтено дополнительно, при использовании других методов анализа, как и влияние защитных цепочек (снабберов), которые нередко включаются в силовую схему АИН.
Будем полагать ключи идеальными, пренебрежем интервалом «мертвой» паузы. Источник питания также полагаем идеальным, при этом схеме может отсутствовать входной фильтр. Пользуясь понятием переключающих функций, запишем систему алгебраических выражений, описывающих процессы в полумостовом АИН (рис.1.2).
Во-первых, алгоритмы переключения должны соответствовать следующему выражению:
т. е. используются только 1-й и 2-й варианты, которые поочередно сменяют друг друга. Отсюда следует
Учтем, что при F 1 = 1 u вых = E / 2, а при F 1 = 0 u вых = - E / 2 , и получим выражение, связывающее выходное напряжение с законом переключения ключей и питающим напряжением
u вых = F 1 E / 2 - F 2 E / 2 = F вых , (1.2)
где величина F вых = 2 F 1 - 1 - схемная переключающая функция , которая принимает два значения: 1 либо -1.
Токи, потребляемые от источника питания, также определяются через ключевые переключающие функции:
i 02 = - F 2 i вых = ( F 1 - 1) i вых . (1.4)
Таким образом, задавая закон переключения вентилей, т.е. временные зависимости F 1 ( t ) и F 2 ( t ) , c помощью выражений (1.2) - (1.4) можно найти временные зависимости токов и напряжений в силовой схеме АИН. Аппарат переключающих функций позволяет аналитически связать алгоритмы работы системы управления и электромагнитные процессы в силовой части АИН.
Схема однофазного мостового инвертора напряжения приведена на рис. 1.4. К одной из диагоналей моста подключен источник питания, к другой - нагрузка. Приведенная схема состоит из двух полумостовых схем, и изложенный материал может быть применен к рассмотрению и мостовой схемы. По-прежнему, считаем ключи и источник питания идеальными, пренебрегаем интервалом «мертвой» паузы.
Алгоритмы переключения ключей должны соответствовать выражениям, аналогичным (1.1):
Потенциалы точек A и B относительно отрицательного полюса источника питания
Отсюда может быть найдено выходное напряжение инвертора:
=E ( F 1 - F 3 ) = EF вых , (1.7)
Размещено на http://www.allbest.ru/
где F вых - схемная переключающая функция, которая в отличие от полумостовой схемы может принимать не два, а три значения: 1, 0, -1.
Выражение (1.7) вскрывает два важных отличия мостового АИН от полумостовой схемы:
Амплитуда выходного напряжения в мостовой схеме равна E , что вдвое больше амплитуды u вых в нулевой схеме.
Появление дополнительного значения F вых означает возможность формирования нулевого уровня выходного напряжения АИН, что обусловлено тем, что при F 1 = F 3 =1 нагрузка закорочена ключами V 1 и V 3, а при F 1 = F 3 = 0 закоротка нагрузки осуществляется через V 2 и V 4.
Найдем связь выходного тока и тока от источника питания i 0 . Ток i 0 складывается из токов ключей V 1 и V 3. Через ключ V 1 протекает ток i вых F 1 , а через ключ V 3 ток - i вых F 3 . Таким образом,
i 0 = i вых ( F 1 - F 3 ) = i вых F вх , (1.8)
где F вх - схемная переключающая функция.
Рассмотрим простейший алгоритм формирования выходного напряжения АИН, когда F 1 = 1 на первой половине периода выходной частоты вых , а F 3 = 1 на второй половине указанного периода. Временные диаграммы приведены на рис. 1.5.
Нагрузка представляет собой последовательную цепь Z н = R + j L . Переключающие функции можно представить в виде разложения в ряд Фурье:
F 3 = F 1 ( -) = - (sin + sin 3 +sin 5 +…),
где и=щ вых t . Подставим эти выражения в (1.7), получим
u вых =(sin+sin 3 + sin 5 +…)= u вых .k ,
где u вых. k - составляющие выходного напряжения АИН с частотами k f вых .
Таким образом, использование аппарата переключающих функций позволяет непосредственно определить спектр выходного напряжения АИН. Спектр u вых представлен на рис. 1.6.
Выходной ток АИН можно найти, использовав для каждой гармоники закон Ома. В комплексной форме k -я гармоника выходного тока определяется как I k = U k / Z k . Отсюда
где Z k = и k = arctg( k L / R ) - модуль сопротивления и фазовый угол нагрузки на частоте k вых .
На временных диаграммах (рис.1.5в) можно выделить интервалы, на которых полярности напряжения u вых и тока i вых совпадают и энергия передается от источника питания Е в нагрузку. В те моменты времени, когда полярности напряжения и тока противоположны, энергия возвращается из нагрузочной цепи в источник питания, ток i 0 отрицателен, а выходной ток протекает через диоды.
Спектры выходного напряжения и тока содержат только нечетные гармоники выходной частоты. Метод переключающих функций позволяет определить перечень гармоник в спектре сигнала без его вычисления. Определим перечень гармоник в токе i 0 . Как следует из выражения (1.8), для нахождения тока i 0 необходимо умножить i вых на переключающую функцию F вх = F вых . Поскольку F вых = u вых / E , то из рис. 1.6 можно заключить, что спектр переключающей функции содержит только нечетные гармоники. Как известно из тригонометрии, при перемножении гармонических колебаний двух частот f 1 и f 2 получаем две гармоники: разностную с частотой ( f 1 - f 2) и суммарную с частотой ( f 1 +f 2). И разностная, и суммарная частоты от нечетных гармоник дают четные гармоники, а при равенстве f 1 и f 2 разностная частота равна нулю, поэтому спектр тока i 0 содержит постоянную составляющую и четные гармоники выходной частоты.
Схема трехфазного мостового инвертора напряжения представлена на рис. 1.7. Трехфазный мостовой инвертор состоит из трех полумостовых схем. Рассмотрим работу на симметричную нагрузку, соединенную звездой без вывода нейтрали (точка 0). При анализе полагаем источник питания и ключи идеальными, пренебрегаем интервалом «мертвой» паузы. Тогда любой алгоритм переключения по аналогии с (1.1) должен соответствовать выражениям:
Размещено на http://www.allbest.ru/
Следовательно, F 2 = 1 - F 5 ; F 4 = 1 - F 1 ; F 6 = 1 - F 3 .
Найдем потенциалы точек A , B и С относительно точки 0 * :
При симметрии нагрузки потенциал нейтрали 0 относительно точки 0 * определяется выражением
0 = (ц A +ц B +ц C )= ( F 1 + F 3 + F 5 ). (1.11)
Тогда фазовые выходные напряжения АИН равны
u B = B - 0 = E = E F вых B ; (1.12)
u C = C - 0 = E = E F вых C ,
здесь F вых A , F вых B и F вых C - схемные переключающие функции.
Линейные выходные напряжения инвертора равны:
u AB = A - B = E (F 1 - F 3 );
u BC = B - C = E (F 3 - F 5 ); (1.13)
u CA = C - A = E ( F 5 - F 1 ).
Найдем связь тока i 0 , потребляемого инвертором от источника питания, с выходными токами фаз инвертора i A , i B и i C , учитывая, что ток i 0 складывается из токов ключей V 1 , V 3 и V 5:
i 0 =i A F 1 + i B F 3 + i C F 5 . (1.14)
Выражения (1.11) - (1.14) позволяют определить напряжения и токи АИН при любых законах переключения, задаваемых ключевыми переключающими функциями.
Рассмотрим простейший алгоритм переключения, называемый режимом 180-градусной проводимости . Временные диаграммы переключающих функций ключей
а также потенциалы A , B , С и 0 , фазовое выходное напряжение u A и линейное напряжение u AB приведены на рис. 1.8.
Проанализируем составляющие спектра фазных выходных напряжений, определяемых по (1.12). Ключевые переключающие функции F 1 , F 3 и F 5 содержат постоянную составляющую и полный спектр нечетных гармоник. Вычисления можно производить для каждой из гармоник. Постоянные составляющие при вычислении дают нулевой результат. Первые гармоники переключающих функций сдвинуты друг относительно друга на угол 2р/3 и 4р/3, а k -е гармоники на углы 2 k р/3 и 4 k р/3. Нетрудно видеть, что в результате вычислений по (1.12), гармоники фазных выходных напряжений, кратные трем, равны нулю. Аналогично можно проанализировать спектр выходного линейного напряжения, вычисляемого по (1.13). В нем также отсутствуют гармоники, кратные трем. Путем тригонометрических преобразований нетрудно доказать, что все остальные гармоники при вычислении увеличиваются в по сравнению с гармониками фазных напряжений.
В таблице 1.1 приведены обобщенные сведения о спектрах выходных напряжений рассмотренных выше однофазных инверторов и трехфазного мостового инвертора. Амплитуды гармоник U вых km отнесены к напряжению питания. Относительное содержание высших гармоник в спектре для всех инверторов, упомянутых в таблице, т.е. отношение U вых km / U вых 1m = const для всех гармоник, кроме гармоник, кратных трем, в трехфазном инверторе.
Обобщенным параметром, характеризующим гармонический состав напряжения или тока, является коэффициент гармоник . Коэффициент гармоник несинусоидального напряжения u вычисляется по формуле
В однофазных АИН k г = 0,47, в трехфазных инверторах k г =0,28 как для фазных, так и линейных напряжений (их спектры различаются только фазами гармоник).
Надо отметить, что коэффициент гармоник не дает полного представления о гармоническом составе выходного напряжения. На большинство потребителей электрической энергии наиболее неблагоприятное воздействие оказывают низшие, ближайшие к основной, гармоники. Для их подавления необходимо применять фильтры с повышенными массогабаритными показателями. Наиболее полное представление о гармоническом составе выходного напряжения дает его спектр.
Выходной ток i A находим аналогично § 1.3 по спектру напряжения u A как сумму гармоник тока. Временные диаграммы фазного напряжения u A и тока i A при работе на активно-индуктивную нагрузку приведены на рис. 1.9а, а на рис. 1.9б приведена временная диаграмма тока i 0 ,потребляемого от источника питания E , определенного по (1.14).
Как видно из диаграммы ток содержит постоянную составляющую и гармоники, кратные частоте 6щ вых .
Метод переключающих функций позволяет определить связи между алгоритмом переключения, который формирует система управления, и токами и напряжениями в силовой схеме АИН. Метод применим при любых алгоритмах управления.
Размещено на http://www.allbest.ru/
2. Спектральные методы позволяют проводить анализ инверторов непосредственно в установившемся режиме без затрат времени на анализ процессов включения инвертора.
Рассмотренные три схемы инверторов напряжения обладают существенной особенностью: величина выходного напряжения и его первой гармоники в них однозначно связана с величиной питающего напряжения. Ниже рассмотрены основные способы регулирования выходного сигнала АИН.
2. Широтно-импульсное регулирование (ШИР)
Перейдем к рассмотрению способов регулирования (или стабилизации) выходного напряжения АИН. Выходное напряжение инвертора может регулироваться внешними и внутренними средствами. К внешним относится в первую очередь регулирование напряжения питания инвертора. Если на входе инвертора включен другой вентильный преобразователь (управляемый выпрямитель либо регулируемый преобразователь постоянного напряжения), то процесс регулирования или стабилизации выходного напряжения инвертора сводится к процессу регулирования упомянутого входного преобразователя.
Однако регулирование внешними средствами приводит к усложнению силовой схемы установки и увеличению потерь, поэтому широкое применение находит регулирование (или стабилизация) величины выходного напряжения внутренними средствами инвертора, т.е. за счет изменения алгоритма переключения полупроводниковых приборов. Простейшим способом такого регулирования является широтно-импульсное регулирование , при реализации которого выходное напряжение АИН формируется из равноотстоящих друг от друга импульсов одинаковой длительности.
Анализ построим следующим образом: на основании заданной формы выходного напряжения АИН найдем алгоритм переключения. В мостовом однофазном АИН (рис. 1.4) u вых может принимать три уровня: E , 0, - E и его временная диаграмма имеет вид, представленный на рис. 2.1а. Воспользуемся аппаратом переключающих функций и представим напряжение в виде произведения двух сигналов:
где u вых 0 - выходное напряжение нерегулируемого инвертора (см. § 1.3), F р - переключающая функция регулирования: F р =1, когда выходное напряжение отлично от нуля (т.е. в течение импульса) и F р =0 при нулевом выходном напряжении. Сигналы u вых 0 и F р представлены на рис.2.1б и в.
Несмотря на то, что аппарат переключающих функций дает возможность аналитического решения, вычисления при анализе достаточно громоздки, поэтому воспользуемся базисом MathСad, модифицировав метод переключающих функций, а именно зададим переключающие функции не в виде их разложения в ряд Фурье, а в виде условных выражений с помощью функции if (« если »). Выражение f = if ( X>Y, f 1 , f 2) означает: f=f 1, если X>Y , в остальных случаях f=f 2.
Вычисления в системе MathСad осуществляются при дискретных отсчетах времени (или углового параметра и=щ вых t ), поэтому в начале анализа надо задать интервал дискретизации d и диапазон его изменения:
Уменьшение d повышает точность расчетов, но увеличивает время, затрачиваемое на вычисления, и требования к емкости оперативной памяти компьютера.
Определим приведенные на рис. 1.1а-в величины. Выходное напряжение нерегулируемого инвертора
u вых 0 (и):= if [sin(и)>0 ,E,-E ] . (2.2)
Зададим число импульсов на периоде повторения A (четное число), например, на рис. 2.1 A =6.
Назовем коэффициентом модуляции К м отношение длительности импульса выходного напряжения АИН к ее максимально возможному значению: К м = t и /(t и max ), где t и max = Т к ; Т к - период коммутации полупроводниковых приборов АИН. При K м =1 выходное напряжение регулируемого инвертора тождественно напряжению u вых 0 . Переключа-ющую функцию регулирования можно задать в виде (это лишь один из примеров возможных вариантов задания F р (и) ):
F р (и): = if {cos( A и) < cos[р (1 - K м )], 1,0}. (2.3)
Итак, выходное напряжение регулируемого инвертора равно:
u вых (и):= u вых . 0 (и ) F р (и). (2.4)
Теперь найдем алгоритм переключения вентилей, т.е. временные зависимости ключевых переключающих функций. Эта задача не имеет однозначного решения. Рассмотрим один из распространенных алгоритмов, при котором ключи V 1 и V 4 переключаются с частотой коммутации, а ключи V 2 и V 3 - на выходной частоте инвертора, например, на первой половине периода включен V 2. Такой алгоритм позволяет снизить суммарные коммутационные потери в инверторе.
Тогда переключающие функции ключей V 2 и V 3
F 2 (и): = if [sin(и)>0, 1, 0] (2.5)
Воспользовавшись (1.7) u вых = E ( F 1 - F 3 ), найдем
F 1 ( и): = u вых (и)/ E - F 3 (и); (2.7)
Временные диаграммы вентильных переключающих функций приведены на рис.2.1г - ж.
Найдем гармонический состав выходного напряжения. Разложение в ряд Фурье
где U вых.ср - постоянная составляющая выходного напряжения (в АИН она равна нулю), k = 1, 2, 3… Коэффициенты разложения находятся по формулам
где Т -период повторения кривой выходного напряжения.
При вычислениях в системе MathCad вычисление интегралов целесообразно заменить суммированием:
где d - шаг квантования переменной и (см. выражение (2.1)). Амплитуды гармоник вычисляются по формуле
Спектр выходного напряжения, приведенного на рис. 2.1а, показан на рис. 2.2 а ( A =6, K м = 0,5). В силу симметрии полуволн четные гармоники в спектре отсутствуют.
Приступим к анализу токов в схеме (рис. 1.4). Рассмотрим работу инвертора на активно-индуктивную нагрузку, комплексное сопротивление которой для k -й гармоники
где X= щ вых L - сопротивление индуктивности на выходной частоте АИН. Модуль сопротивления нагрузки и фазовый угол:
где Re( z k ) и Im( z k ) - действительная и мнимая части сопротивления z k .
Тогда кривая выходного АИН тока может быть определена по формуле:
i вых (и): = cos( k и - ц k ) + sin( k и - ц k )]. (2.14)
Кривая выходного тока приведена на рис. 2.1з, при вычислении суммы k ограничено k = 9. Ток i 0 , потребляемый от источника питания, рассчитывается по (1.8). Кривая i 0 (рис. 2.1и) может быть двухполярна, это означает, что происходит двухсторонний обмен энергией между инвертором и источником питания. При формировании нулевых пауз в выходном напряжении ток от источника E не потребляется, так как ток нагрузки замыкается через вентили АИН. Разложение в ряд Фурье тока i 0 выполненное по формулам, аналогичным (2.9) - (2.11), приведено на рис. 2.2б.
i V 1 (и):= ± i вых (и) F i (и), (2.15)
где знак «+» используют для V 1 и V 2, а знак «-» для V 3 и V 4. Ток, протекающий через ключ V 1, приведен на рис. 2.1к. Токи через транзистор и диод ключа V i определяются по формулам:
i Vi т (и): = if [ i Vi (и)>0, i Vi (и),0], (2.16)
i Vi д (и): = if [ i Vi (и)<0,- i Vi (и),0]. (2.17)
Таким образом, модифицированный метод переключающих функций позволяет получить временные диаграммы токов и напряжений в силовой схеме АИН, найти их спектральные характеристики, в случае необходимости вычислить действующие и средние значения величин.
Вернемся к рассмотрению спектра выходного напряжения инвертора и проанализируем его зависимость от числа импульсов на периоде повторения А и коэффициента модуляции K м . При A =2 на полупериоде выходное напряжение содержит только один импульс, и такой ШИР называется одноимпульсным . На рис. 2.3а приведены зависимости амплитуд гармонических составляющих, отнесенных к напряжению питания, от коэффициента модуляции K м , а на рис.2.3б зависимость коэффициента гармоник от K м .
Зависимости показывают, что при уменьшении коэффициента модуляции уменьшается 1-я (основная) гармоника выходного напряжения, при K м > 0.8 уменьшаются и высшие гармоники, однако при глубоком регулировании выходного напряжения, т.е. при малых значениях K м коэффициент гармоник резко возрастает, что свидетельствует о низком качестве выходного напряжения.
При увеличении A , т.е. при увеличении числа импульсов на периоде, формируется многоимпульсный ШИР , и в спектре выходного напряжения происходят качественные изменения: при больших значениях параметра A в низкочастотной части спектра u вых отношение ближайших к основной гармоник не зависит от коэффициента модуляции и коэффициент, вычисленный для этих гармоник, равен 0,47 и не зависит от K м .
Вскроем природу рассматриваемого явления, воспользовавшись методом переключающих функций. Выше представлено выходное напряжение АИН как произведение выходного сигнала нерегулируемого инвертора (спектр содержит полный набор нечетных гармоник, амплитуда которых обратно пропорциональна номеру гармоники, (см. рис. 1.6)) на переключающую функцию регулирования F р : u вых = u вых 0 F р . Функция F р содержит постоянную составляющую, равную по величине K М , и гармоники, кратные частоте A f вых . При умножении u вых.0 на F р возникают суммарные и разностные частоты от всех пар гармоник, содержащихся в указанных сигналах. Умножение постоянной составляющей F р на u вых 0 обуславливает появление в спектре u вых низкочастотных гармоник, повторяющих составляющие спектра нерегулируемого инвертора, амплитуды этих гармоник уменьшаются в K м раз. Низшая из гармоник F р с частотой A f вых создает в спектре комбинационные гармоники с частотами A f вых ± n f вых , где n =1,3,5… По мере роста n величина комбинационных гармоник становится незначительной. Таким образом, спектр u вых АИН состоит из двух частей - низкочастотной, характер которой повторяет спектр u вых 0 , и области комбинационных гармоник, расположенных вблизи частоты коммутации Af вых . Область комбинационных гармоник при больших значениях параметра A расположена в диапазоне частот, наличие интенсивных гармоник в котором не оказывает существенного влияния на нагрузку. На рис. 2.4 представлены спектры u вых при А =40 и K м = 0,95 и 0,2.
Следовательно, повышение частоты коммутации при реализации ШИР позволяет сохранить удовлетворительный гармонический состав выходного напряжения при глубоком регулировании выходного напряжения.
Схема трехфазного мостового инвертора приведена на рис. 1.7, основные расчетные выражения представлены формулами (1.9) - (1.13). Нагрузка симметричная и соединена в звезду без вывода нейтрали.
При регулировании выходного напряжения внутренними средствами фазовое выходное напряжение u A (и) имеет временную диаграмму (рис. 2.5а) и может быть представлено как произведение выходного напряжения нерегулируемого трехфазного инвертора u A. 0 (и), рассмотренного в § 1.4 (рис.2.5б), и переключающей функции регулирования F р , представленной на рис. 2.5в: u A = u A 0 F р . Функция F р может быть задана выражением (2.3), число импульсов фазного напряжения на периоде повторения A должно быть кратным шести. В качестве примера во временных диаграммах (рис. 2.5) принято A =12, коэффициент модуляции K м =0,6.
Задача нахождения алгоритма переключения полупроводниковых приборов по заданной форме выходного напряжения не имеет однозначного решения. При F р =1 в кривой фазного напряжения формируется импульс и проводящее состояние ключей схемы соответствует режиму 180-градусной проводимости, рассмотренному в 1.4. При F р = 0 формируется пауза во всех фазовых напряжениях АИН, для этого могут быть замкнуты либо все нечетные ключи (V1, V3, V5) либо все четные (V2, V4, V6).
Рассмотрим один из возможных вариантов: сформируем функцию
F КЗ (и):= if [sin(3и)<0,1,0], (2.18)
временная диаграмма которой приведена на рис. 2.5г, и при F КЗ (и) = 1 закорачивание фаз нагрузки осуществим нечетными вентилями, а при F КЗ (и) = 0 - четными. Тогда переключающая функция ключа V 1
F 1 (и): = if { F р > 0 , if [sin(и)>0,1,0], F КЗ (и)}. (2.19)
Поясним эту формулу. При ненулевом значении фазного напряжения F р = 1 и функция F 1 (и): = if [sin(и)>0,1,0], т.е. определяется тем же выражением, что в нерегулируемом инверторе, реализующем режим 180-градусной проводимости. При формировании нулевой паузы F 1 (и) = F КЗ (и). Временная диаграмма функции F 1 (и) приведена на рис. 2.5д.
Переключающие функции остальных ключей можно в силу симметрии управления записать в виде
При известных переключающих функциях ключей фазные и линейные выходные напряжения АИН определяются по выражениям (1.12) - (1.13) и имеют временные диаграммы кривые u A и u AB , показанные на рис. 2.5а и е.
Гармонический состав фазного и линейного напряжений можно найти, использовав выражения (2.9) - (2.11). Спектр фазного напряжения в рассматриваемом режиме приведен на рис. 2.6,а.
Спектр линейного напряжения имеет тот же вид, но амплитуды всех гармоник больше в раз. Гармоник, кратных трем, нет, поскольку заключение об их отсутствии, сделанное в § 1.4, справедливо при любых симметричных алгоритмах переключения АИН. Как и в однофазном мостовом инверторе, при увеличении числа импульсов на периоде повторения, т. е. при увеличении частоты коммутации f к = Af вых , низкочастотная часть спектра имеет тот же характер, что и в нерегулируемом инверторе.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Амплитуда гармоник обратно пропорциональна номеру гармоники, коэффициент гармоник k г =0,28.
На рис. 2.6б пред-ставлен спектр фазного выходного напряжения при А =48, K м =0,6.
При известном спектре фазового напряжения с помощью выражения (2.14) можно определить фазовый ток инвертора, временная диаграмма фазового тока i A приведена на рис. 2.5ж. Токи других фаз сдвинуты друг относительно друга на угол .
Ток i 0 , потребляемый АИН от источника питания, определяется по (1.8), его временная диаграмма при-ведена на рис. 2.5з, раз-ложение в ряд Фурье представлено на рис. 2.6в.
Ток содержит постоян-ную составляющую и гар-моники, кратные шести.
2.3 Работа трехфазного АИН на несимметричную нагрузку
При соединении нагрузки в треугольник трехфазный мостовой АИН может работать как на симметричную, так и на несимметричную нагрузку. Приложенные к диагоналям нагрузки линейные напряжения u AB , u BC , u CA при любой нагрузке сохраняют симметричность, эти напряжения вызывают токи в диагоналях нагрузки i AB , i BC и i CA , которые могут быть определены по формуле, аналогичной (2.14). На временной диаграмме (рис. 2.7а) представлено линейное напряжение u AB и ток, протекающий через соответствующую диагональ нагрузки i AB , а на рис.2.7б токи i AB , i BC и i CA .
В рассматриваемом примере ток i CA меньше токов в других диагоналях нагрузки. Токи, втекающие в узел нагрузки и протекающие через ключи силовой схемы (рис. 2.7в), определяются
Ток i 0 , потребляемый АИН от источника питания, определяется по (1.8), его временная диаграмма приведена на рис. 2.7г. Сравнение данной диаграммы с кривой рис. 2.5з показывает, что при несимметрии нагрузки период повторения тока i 0 увеличивается в три раза и равен половине периода выходной частоты. Поэтому в спектре тока i 0 (рис. 2.7д) появляются дополнительные гармоники, в частности составляющая с частотой 2 f вых . При наличии внутреннего сопротивления источника питания для исключения пульсаций питающего напряжения с частотой 2 f вых необходимо значительно увеличить емкость входного фильтра.
При работе на несимметричную нагрузку, соединенную звездой, схема (рис. 1.7) формирует несимметричную систему фазных напряжений, причем эта несимметрия не может быть устранена с помощью системы управления. В этом
Основные схемы и импульсное регулирование автономных инверторов напряжения курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Курсовая Для Медсестры Бронхиальная Астма
Дипломная работа по теме Инженерное обеспечение обороны на БТР в городе
Сочинение Рассуждение На Тему Как Можно Прославиться
Реферат по теме Трубопроводный транспорт в России
Электронные Ресурсы В Реферате
Реферат по теме Шпора по экономгеоргафии
Курсовая работа по теме Особенности применения западных моделей системы грейдов в российских компаниях
Курсовая работа: Роль телефона доверия в профилактике суицидального поведения подростков
Реферат: Этикет руководителя
Реферат по теме Как работает рынок
Реферат: Привлечение иностранных инвесторов в экономику России. Скачать бесплатно и без регистрации
Дипломная работа по теме Совершенствование системы оплаты труда на УП 'Варяг'
Сочинение Первый Снег 6 Класс Русский
Злокачественные Новообразования Щитовидной Железы Реферат
Сестринский Процесс Курсовая Работа
Реферат: Система показателей в современном учете
Курсовая работа по теме Расчет технико-экономических показателей на проведение однопутевого откаточного штрека
Сочинение В Жанре Экскурсии
Диссертации По Информационным Технологиям
Реферат по теме Государственное регулирование национальной экономики
Эпифитная микрофлора растений и влияние на неё факторов внешней среды - Биология и естествознание дипломная работа
Система прав человека: уголовно-процессуальный, международный и гуманитарный смысл - Государство и право контрольная работа
Аудит выпуска готовой продукции и её реализации - Бухгалтерский учет и аудит курсовая работа