Лекція 12. Регулювання частоти і напруги на виході АІН. Синусоїдальна ШІМ. Трирівневі інвертори напруги

Найпростіші силові схеми електроприводів з інверторами напруги використовують широтно-імпульсну модуляцію в інверторі. Це дає можливість не застосовувати окремий широтно-імпульсний перетворювач для регулювання вихідної напруги, а також засобами керування виключити з вихідної напруги низькочастотні гармоніки й одержати майже синусоїдальний струм в обмотках двигуна та майже постійний струм – у джерелі живлення. Можливі наступні різновиди цього способу:

1)

2) синусоїдальна ШІМ (основний різновид);

3) слідкування за синусоїдальним струмом задання.

Найбільш просту логічну частину системи керування має третій різновид. Але його головний недолік полягає в необхідності мати датчик статорного струму. З двох перших різновидів найбільш ефективною є синусоїдальна ШІМ, тому що вона, як і слідкування, дозволяє виключити усі низькочастотні гармоніки, але не потребує датчика статорного струму. Тому розглянемо цей метод найбільш детально.

Вже вказувалося, що у трифазному мостовому інверторі, як і в однофазному напівмостовому, можлива тільки двополярна синусоїдальна ШІМ. Її одержують шляхом порівняння опорного сигналу u_оп, що має симетричну пилкоподібну форму, з сигналом керування u_к, що має форму потрібної синусоїдальної огинаючої.

Для однофазної напівмостової схеми (рис. 4.6, а) цей принцип пояснюється діаграмами на рис. 4.8, а, б. Комутаційна функція s дорівнює +1 при ввімкненому клю-

чі 1 та –1 – при ввімкненому ключі 2. Вихідна напруга . (4.18)

При великому співвідношенні між частотою ШІМ та основною частотою, коли можна нехтувати зміною огинаючої на періоді ШІМ, огинаюча пропорційна сигналу керування. Дійсно, коли постійний сигнал керування дорівнює нулю, то позитивний імпульс функції s має ту ж тривалість, що і нега-тивний, тому середнє значення s₀ дорівнює нулю. Коли ж він дорів-нює амплітуді U_m опорного сигналу, то позитивний імпульс займає увесь період Т_п та s₀ = 1. Проміжні значення s₀ змінюються лінійно у функції u_к у зв’язку з лінійністю опорного сигналу. Тому у відносних одиницях . (4.19)

Лінійно змінюється і відносна тривалість t позитивного імпульсу, яка дорівнює 0,5 при = 0 та 1 при = 1:

t = 0,5 (1+ ). (4.20)

Зсув у 120° та 240° між вихідними напругами фаз у трифазному інверторі забезпечується відповідним зсувом між трьома сигналами керування, кожний з яких формує вихідну напругу однієї фази. Опорний сигнал приймають однаковим для усіх трьох фаз.

Схема має задатчик основної частоти ЗОЧ, задатчик напруги ЗН, множинний пристрій Х, задатчик частоти модуляції ЗЧМ, генератор пилкоподібної напруги ГПН, компаратори КМ та формувачі Ф. Вихідні сигнали системи керування надходять на керуючі електроди напівпро-відникових ключів комутатора К. Найчастіше це біполярні транзистори з польовим керуванням (IGBT). Їх використання дозволяє одержати частоту ШІМ порядку 1 кГц, що дає прийнятну масу вихідних фільтрів.

Усі блоки системи керування, за винятком формувачів, виконуються як елементи мікропроцесорної системи, що значно полегшує виконання досить складного алгоритму синусоїдальної ШІМ.

Задатчик основної частоти по сигналу f від зовнішньої частини системи керування приводом виробляє трифазну систему синусоїдальних напруг основної частоти. Задатчик напруги також по сигналу зовнішньої частини системи видає сигнал, пропорційний потрібній амплітуді вихідної напруги. Він помножується на вихідні сигнали ЗОЧ і дає трифазну систему сигналів керування із змінною частотою та напругою. Далі є три компаратори, які порівнюють сигнали керування з пилкоподібним опорним сигналом. Останній змінюється з частотою модуляції f_п = 1/Т_п. Вихідні сигнали компараторів повторюють за формою комутаційні функції (рис. 4.8, б). Наприклад, у першій фазі, коли u_оп < u_к(1), вихідний сигнал компаратора позитивний, і він вмикає ключ 1 у верхній групі (рис. 4.7, б), що дає на виході напругу +u_ж/2 відносно нульової точки О. Навпаки, при u_оп > u_к(1) вихідний сигнал компаратора негативний, він вмикає ключ 2 у нижній групі, що дає на виході напругу –u_ж / 2.