Трирівневі інвертори напруги

Такі інвертори дозволяють надати деякі корисні властивості перетворювачам:

1) збільшення числа рівнів вихідної напруги та поліпшення її гармонічного складу або досягнення того ж самого рівня шкідливих гармонік при меншій частоті перемикань;

2) зменшення напруги на послідовних ключах комутатора без використання спеціальних вирівнювальних пристроїв, що важливо для інверторів з підвищеною вхідною напругою.

Перша перевага є найбільш важливою для трифазних інверторів, які в основному мостовому варіанті (рис. 4.7, а) мають обмежені можливості для ШІМ вихідної напруги. Дійсно, в схемі рис. 4.7, а можна реалізувати тільки двополярну синусоїдальну ШІМ (розділ 4, п.2.4). Але ця ШІМ дає подвійний рівень пульсацій, через те що вихідна напруга пульсує з високою частотою між позитивним та негативним максимумами, у той час як при однополярній ШМ – тільки між максимумом і нулем.

Трирівневі інвертори дозволяють одержати нульовий рівень напруги (паузу) індивідуально у кожній фазі.

б а в Рисунок 4.22 – Однофазний трирівневий інвертор напруги: а – схема інвертора; б – схема ключа; в – вихідна напруга комутатора

На рис. 4.22, а наведений однофазний напівмостовий інвертор напруги. Він містить джерело живлення з постійною напругою и_ж, ємнісний подільник з двох конденсаторів С_d, комутатор з чотирьох двоквадрантних ключів змінного струму S1–S4 (наприклад, за схемою рис. 4.22, б) і фіксуючих діодів VD1–VD2 та вихідне коло як споживач змінного струму.

Як бачимо, схема відрізняється від основної схеми напівмостового інвертора рис. 4.6, а послідовним з’єднанням двох ключів у кожному плечі комутатора. Спеціальних пристроїв для рівномірного розподілу напруги між ними немає, їх функцію виконують фіксуючі діоди.

Рисунок 4.23 – Трифазний трирівневий інвертор напруги

З початку періоду ввімкнені ключі S1, S2 і на вихід подана напруга и_ж/2 з верхнього конденсатора С_d. Потім реалізується нульовий рівень напруги, якого в основній схемі рис. 4.6, а немає. Для цього вимикається S1 та вмикається S3, що створює два контури L_s – VD1 – S2 і L_s – S3 – VD2. Ці контури дозволяють замкнути накоротко вихідне коло незалежно від напрямку струму в ньому. Перехід до негативного півперіоду здійснюється вимиканням S3 та ввімкненням S4, що приєднує вихідне коло до нижнього конденсатора С_d. Наприкінці періоду знову ввімкнені S2, S3 та вихідне коло замкнено накоротко.

Таким чином, у порівнянні з основною схемою рис. 4.6, а з’являється третій, нульовий рівень вихідної напруги (рис. 4.22, в). Змінюючи його тривалість, можна регулювати середнє та діюче значення вихідної напруги методом однополярної ШІМ. Це досягається за рахунок фіксуючих діодів, які створюють в комутаторі короткозамкнені гілки паралельно вихідному колу. Фіксуючі діоди дозволяють також фіксувати напругу на вимкнених ключах на рівні и_ж/2, тобто вдвічі меншому, ніж у схемі рис. 4.6, а. Дійсно, при вимиканні S1 на нього подається напруга з верхнього конденсатора С_d (контур С_d – S1 – S2 – S3 – VD2). Аналогічно при вимиканні S2 на нього надходить напруга з нижнього С_d по контуру С_d – VD1– S2– S3– S4. Теоретично можливий перерозподіл напруги між одночасно вимкненими S1, S2 у бік підвищення напруги на S2 та зниження її на S1. Вимкнений діод VD1 не перешкоджає цьому негативному процесу. Але реально цей процес не виникає, оскільки конденсатори снаберів, які приєднуються паралельно ключам, підтримують на вимкнених ключах ту напругу, яка була досягнута при комутації.

Недолік схеми, який робить її недоцільною при низьких напругах живлення, полягає в тому, що струм від джерела протікає через два послідовних ключі при подвійній втраті напруги. На рис. 4.23 зображена трифазна трирівнева схема інвертора напруги. На відміну від простої трифазної схеми рис. 4.7, а вона дозволяє реалізувати однополярну синусоїдальну ШІМ у кожній з вихідних фаз, що полегшує фільтрацію вихідних струмів від гармонік з частотою перемикань.

Послідовне з’єднання ключів дозволяє використовувати цю схему при напрузі у контактній мережі, яка перевищує 1,5 кВ. Наприклад, при використанні транзисторів IGBT з робочою напругою 3,5 кВ, напруга контактної мережі може набувати значень до 3,5х2 = 7 кВ, що створює достатній запас на короткочасні підвищення напруги при її номінальному значенні 3 кВ.

<28 29 303132 33 34 >

Дата добавления: 2015-10-13; просмотров: 737;