Основные расчетные соотношения трехфазного инвертора напряжения при синусоидальной ШИМ

Действующее значение линейного напряжения нагрузки инвертора напряжения с синусоидальной ШИМ

(68)

где U_п - среднее значение напряжения на входе инвертора;

μ – коэффициент модуляции.

Пользуясь (68) можно определить требуемое значение напряжения постоянного тока на входе инвертора, если задано значение линейного напряжения нагрузки (например, асинхронного двигателя).

(69)

где U_нг.лN- номинальное значение линейного напряжения нагрузки;

μ_max- максимальное значение коэффициента скважности.

При практических расчетах можно принять μ_max=0,9.

Обратим внимание на то, что при синусоидальной широтно- импульсной модуляции действующее значение выходного напряжения инвертора (U_нг.л) даже при коэффициенте модуляции равном единице меньше того значения выходного напряжения инвертора, которое имеет место быть при управлении инвертора с постоянной длительностью сигнала управления транзистора (λ_и.у.=180⁰). Действительно,

Среднее значение тока транзистора, I_{vт ср}.

(70)

При малых значениях частоты модулирующего сигнала (частоты выходного напряжения) среднее значение тока транзистора имеет максимальное значение:

I_{vт ср. max}= I_фm(1+μ)/2. (71)

Максимальное значение тока коллектора, I_{к max}, по которому его следует выбирать:

(72)

где I_ф- действующее значение тока фазы инвертора.

_.

Выбор диодов обратного тока следует выбирать по среднему значению тока, I_{vд ср.}:

(73)

При малых значениях частоты модулирующего сигнала (частоты выходного напряжения) среднее значение тока диода имеет максимальное значение:

I_{vд ср. max}= I_ф.m(1-μ)/2. (74)

Максимальное напряжение на транзисторах и диодах обратного тока можно принять равным максимальному значению напряжения, питающего инвертор, т.е.

U_кэ =U_vд =U_{d max}. (75)

При питании инвертора напряжения от источника постоянного напряжения с односторонней проводимостью (от выпрямителя) возникает необходимость в установке на входе инвертора компенсирующего конденсатора, который должен принимать энергию в моменты времени, когда ток направлен от инвертора к источнику питания. Емкость компенсирующего конденсатора может быть найдена по следующей формуле [8]:

(76)

где Δt – интервал времени, в течение которого ток направлен от инвертора к источнику;

ΔU_c- допустимое перенапряжение на конденсаторе

Решая уравнение (76) , получим формулу для расчета величины емкости компенсирующего конденсатора:

(77)

где μ- коэффициент модуляции (0< μ<1);

I_нг.m- амплитудное значение тока нагрузки;

f_нес.– несущая частота ШИМ;

φ_нг(1) – фазовый угол между первыми гармониками напряжения и тока.

Расчетное соотношение (77) показывает, что емкость компенсирующего конденсатора не зависит от выходной частоты. Это обстоятельство позволяет использовать инверторы с ШИМ для работы на очень низких выходных частотах. Далее, емкость компенсирующего конденсатора обратно пропорциональна несущей частоте. Благодаря тому, несущая частота достаточно высока, емкость компенсирующего конденсатора в инверторах напряжения с ШИМ всегда меньше чем у инверторов без ШИМ.

Напомним, назначение емкости С₀ – обеспечение свободного обмена реактивной энергией между нагрузкой и источником питания инвертора. При питании инвертора напряжения от выпрямителя между выпрямителем и инвертором необходимо установить L-C сглаживающий фильтр для подавления пульсаций выпрямленного напряжения и тока. При расчете и выборе емкости сглаживающего фильтра величина этой емкости должна быть выбрана не менее того значения, которое определяется формулой (77).

Вопросы для самоконтроля:

1 Что означает режим перемодуляции и как перемодуляция отражается на форму кривой выходного напряжения инвертора?

2 Какую форму имеет модулирующий сигнал в системах управления инверторов напряжения без перемодуляции?

3 Как рассчитать величину компенсирующего конденсатор?