ШИР с не зависящей от параметров нагрузки формой кривой выходного напряжения

Независимость от параметров нагрузки формы кривой выходного напряжения и сохранения в ней требуемой при регулировании паузы β достигается, если на интервалах β обеспечить одновременную проводимость двух тиристоров, относящихся к общей группе (катодной или анодной) инверторного моста: Т₁, Т₃^. или Т₄, Т₂ ^. (рис.2.3).При этом на указанных интервалах нагрузка замыкается накоротко через шины «+» или «-» источника питания и напряжение на нагрузке равно нулю.Временные диаграммы, характеризующие ШИР – способ регулирования выходного напряжения инвертора с таким режимом управления тиристорами с К=2, приведена на рис.4.10. Режиму управления (рис. 2.10.) соответствует длительность интервала проводимости тиристоров ψ =180⁰. Тиристоры полумостов, к которым подключены выводы нагрузки (Т₁, Т₃^. и Т₄, Т₂), переключаются в той же последовательности, что и в нерегулируемом инверторе, открытому состоянию одного тиристора соответствует закрытое состояние другого тиристора. Отличие заключается в создании фазового сдвига на угол α в последовательности переключения тиристоров обоих полумостов. Тем самым на интервалах β = ψ - α осуществляется одновременная проводимость то тиристоров Т₂, Т₄ (интервал θ₂ – θ₄ на рис.2.10.), то тиристоров Т₁, Т₃ (интервал θ₅ – θ₆) Интервал β определяет паузу в кривой выходного напряжения. Интервал α характеризуется открытым состоянием одной пары накрест лежащих тиристоров и определяет длительность импульсов в кривой выходного напряжения.Характер проходящих в инверторе процессов отличается от рассмотренных режимов лишь на интервалах β. Здесь процессы обусловливаются замыканием тока активно-индуктивной нагрузки через оставшийся в проводящем состоянии тиристор и диод, подключенные к одной шине и образующие для нагрузки короткозамкнутый контур. Так, на интервале θ₂ – θ₃ ток проводят тиристор Т₄ и диод Д₂ а на интервале θ₅ – θ₆ тиристор Т₁ и диод Д₃. Кривые токов тиристоров показаны на рис. 2.10. АИН при рассматриваемой форме кривой выходного напряжения позволяет осуществлять его регулирование в диапазоне от нуля до наибольшего значения изменением угла α от 0 до 180⁰. В гармоническом составе кривой выходного напряжения значительное место занимает 3-я гармоника, наиболее трудно подвергаемая фильтрации

Рис.2.10. Кривые напряжения независимые от нагрузки.

. На рис.4.11. приведены кривые, характеризующие гармонический состав выходного напряжения инвертора при регулировании.

Рис.2.11. Гармонический состав выходного напряжения.

Для улучшения гармонического состава целесообразно переходить к ШИР с числом импульсов на протяжении пери ода

Формирование кривой выходного напряжения инвертора с уменьшенным содержанием гармонических (ШИМ).

Содержание гармонических может быть снижено при использовании широтно-импульсной модуляции (ШИМ), при которой кривая выходного напряжения формируется в виде импульсов, промодулированных по синусоидальному закону (рис.2.12).

Рис.2.12.

Применение ШИМ обеспечивает преимущественное содержание в кривой выходного напряжения основной гармоники и минимальное содержание высших гармонических с низкими к основной гармонике частотами (3-й, 5-й, 7-й), хотя гармоники с более высокими частотами могут быть значительны. Однако эти гармоники могут быть легко отфильтрованы. Регулирование выходного напряжения осуществляется изменением ширины выходных импульсов (глубины модуляции). Кривая выходного напряжения показана на рис. 2.12. В автономных инверторах используются следующие способы широтно-импульсной модуляции:

• Широтно-импульсное регулирование на несущей частоте (ШИР на несущей частоте с прямоугольным модулирующим сигналом);

• Широтно-импульсная модуляция на несущей частоте (ШИМ на несущей частоте с трапецеидальным или синусоидальным модулирующим сигналом);

• Модуляция в замкнутой системе с релейным регулятором тока.

• Векторная модуляция;

Рассмотрение перечисленных видов модуляции ниже произведено на базе однофазного одноплечевого инвертора. Процессы в мостовых (двухплечевые) схемах при симметричном управлении протекают аналогично. Однако, в мостовых однофазных инверторах можно использовать алгоритм поочередного управления аналогичный рассмотренному выше для ШИП.

Векторная модуляция используется в трехфазных схемах.

При двух первых видах модуляции несущим сигналом является пилообразное напряжение.

Схема и электромагнитные процессы в однофазном одноплечевом инверторе при ШИР на несущей частоте показаны на рис.2.13.

Амплитуда и частота модулирующего сигнала являются функциями сигнала на входе системы управления инвертором.

Коэффициентом модуляции называется отношение амплитуды пилообразного напряжения к амплитуде модулирующего напряжения.

Спектральный состав напряжения на выходе определяется выражением

,

где -номер гармоники, к=1,2,3

Рис.2.13. Схема и єлектромагнитні процессі в однофазном одноплечевом

инверторе при ШИР на несущей частоте

Спектр напряжения на выходе, показанный на рис.2.14 содержит все нечетные гармоники.

Рис. 2.14. Спектр напряжения на выходе инвертора

Улучшение гармонического состава выходного напряжения достигается применением ШИМ на несущей частоте с синусоидальным модулирующим сигналом

В этом случае высшие гармоники в выходном напряжении смещаются в область высоких частот и располагаются в области частот кратных несущей частоте. Для рис.2.15 несущая частота в 50 раз больше частоты входного сигнала. Высшие гармоники в выходном напряжении имеют место на несущей частоте и на двух боковых частотах, отстоящих от несущей на частоту модуляции.

Подобная картина имеет место и в области гармоники с номером 100 и.т.д. Следует заметить, что в системах элетропривода при исследовании динамических и статических характеристик обычно можно не учитывать высшие гармонические в выходном напряжении, считая инвертор с ШИМ источником синусоидального напряжения.

Рис.2.15. Электромагнитные процессы и спектр инвертора с ШИМ на несущей частоте с синусоидальным модулирующим сигнало

ШИМ в замкнутой системе с релейным регулятором иллюстрирует рис.2.15.

Схема построения инвертора в замкнутой системе с релейным регулятором тока

аналогична схеме ШИП. Здесь за счет отрицательной обратной связи по току и релейного элемента ток в нагрузке пульсирует около заданного значения. Амплитуда и частота пульсаций определяется параметрами R,L нагрузки и шириной петли гистерезиса релейного элемента. Часто такой способ ШИМ называют «токовым коридором».

Рис.2.15.Электромагнитные процессы и спектр инвертора с релейным регулятором тока.

Такой инвертор обладает свойствами источника тока, что широко используется

при построении систем с исполнительными двигателями переменного тока.

Функциональные схемы управления однофазными одноплечевыми инверторами аналогичны рассмотренным выше схемам управления ШИП. Отличие состоит лишь в том, что на вход подается не постоянный, а переменный сигнал.