Гармонический состав выходного напряжении трехфазного инвертора напряжения при синусоидальной ШИМ выходного напряжения

В случае широтно-импульсной модуляции расчет спектра выходного напряжения инвертора представляет собой достаточно сложную задачу. На гармонический состав выходного напряжения здесь влияют отношение несущей частоты к частоте модуляции и коэффициент модуляции.

При соединении нагрузки звездой без нулевого провода в кривой выходного напряжения инвертора отсутствуют гармоники нулевой последовательности [9]. К гармоникам нулевой последовательности относятся третья и кратные ей гармоники, а также гармоники, кратные несущей частоте. Эти гармоники присутствуют в кривых фазных напряжений нагрузки, соединенной в звезду с нулевым проводом. Отсюда следует, что включение обмоток асинхронного двигателя в звезду с нулевым проводом при питании его от автономного инвертора напряжения с ШИМ нецелесообразно. Гармонический состав линейных напряжений на выходе автономного инвертора напряжения не содержит гармоник нулевой последовательности и одинаков при любом соединении нагрузки (в звезду и треугольник).

На рисунке 30 приведены зависимости величины высших гармоник от коэффициента модуляции при синусоидальной ШИМ и значении параметра ε=f_нес./f_мод. (отношение несущей частоты к частоте модуляции) более 10 [9].

Представленные на рисунке 30 графики подтверждают отсутствие гармоник нулевой последовательности в выходном напряжении трехфазного инвертора напряжения. Напомним, что выходное напряжение однофазного инвертора содержит гармоника нулевой последовательности [4].

Отметим, что при синусоидальной ШИМ амплитуда высшей гармоники определяется не только ее номером, но и величиной коэффициента модуляции, для которого определяется гармонический состав выходного напряжения инвертора.

Рисунок 30. Графики зависимостей относительных значений гармоник выходного напряжения инвертора с синусоидальной ШИМ от коэффициента модуляции (Ū_ν=f(μ)

Вопросы для самоконтроля:

1 От чего зависит гармонический состав выходного напряжения при реализации широтно- импульсного способа регулирования?

2 В каком соотношении находятся амплитуды первой и высшей гармоники выходного напряжения инвертора при реализации широтно- импульсного способа регулирования?

3 От чего и как зависит величина высшей гармоники выходного напряжения инвертора с синусоидальной ШИМ?

2.5 Основные характеристики инверторов напряжения с широтно- импульсным способом регулирования напряжения[4]

К основным характеристикам инвертора напряжения относятся:

Регулировочная характеристика, представляющая собой зависи­мость выходного напряжения инвертора от напряжения управле­ния (коэффициента модуляции).

Внешняя (нагрузочная) характеристика инвертора, представляю­щая собой зависимость напряжение на нагрузке от тока нагрузки.

Спектральные характеристики напряжения и тока в цепи перемен­ного тока.

Энергетические характеристики, к которым относятся:

-зависимости тока в источнике питания и в полупроводнико­вых элементах инвертора от тока в нагрузке;

-зависимости мощности, потребляемой от источника и мощ­ности потерь в полупроводниковых элементах инвертора от мощности в нагрузке.

Для инвертора напряжения, выполненного по трехфазной мостовой схеме значения токов и мощностей можно определить, воспользовавшись ранее выведенными соотношениями.

Среднее значение тока, потребляемого группой вентилей прямого тока (транзисторной схемой), определяется по формуле (54):

Среднее значение тока, возвращаемого группой вентилей обратного тока в компенсирующий конденсатор, определяется по формуле (55):

где I_л1- действующее значение первой гармоники линейного тока нагрузки.

Среднее значение тока, потребляемого инвертором от источника питания, I_d,, определяется формулой (56):

Значение мощностей определяется путем умножения соответствующего тока на среднее значение напряжения на входе инвертора U_d.

Мощность, потребляемая группой вентилей прямого тока, P_d1:

P_d1= U_d I_d1. (78)

Мощность, возвращаемая группой вентилей обратного тока, в компенсирующий конденсатор, P_d2:

P_d2= U_d I_d2. (79)

Мощность, потребляемая инвертором от источника постоянного тока, P_d :

P_d= U_d I_d.

Напомним, формулы, приведенные выше, выведены для первых гармоник выходного тока и напряжения инвертора.

Вопросы для самоконтроля:

1.Перечислите основные характеристики инверторов напряжения.

2. Покажите зависимости токовой загрузки диодов и транзисторов от коэффициента мощности нагрузки.

ИНВЕРТОРЫ ТОКА

Рисунок 31. Однофазный мостовой инвертор тока параллельного типа

Рассмотрим работу инвертора тока, выполненного на однооперационных вентилях (тиристорах), что позволяет строить на основе инверторов тока на мощные преобразовательные установки. Применение однооперационных вентилей определяет необходимость осуществления в инверторах принудительной коммутации за счет внутренних коммутирующих ЭДС, источником которых являются статические конденсаторы. Принято говорить, что в этом случае ста­тические конденсаторы являются источником реактивной мощности, необходимой для принудительной коммутации вентилей инверторов [2]. Вторая функция конденсаторов в схемах инверторов - компенсационная, т.е. конденсаторы являются источником реактивной мощности для нагрузки. В основном все нагрузочные устройства характеризуются значением cosφ_нг<1и отстающей от напряжения реактивной составляющей то­ка нагрузки.

Для инверторов тока ха­рактерным схемным признаком является наличие большой входной индук­тивности в цепи постоянного тока L_d, приводящей к постоянству мгно­венного значения входного тока i_d=const.

Резонансные инверторы от инверторов тока схемно не отличаются. Выбор конечной индуктивности L_d и параметров других элементов схемы в них осуществляется так, чтобы обеспечить настройку колебательного режима в нагрузочной цепи на частоту, близкую к частоте коммутации вентилей. В инвесторах то­ка и резонансных инверторах конденсаторы устанавливаются для осущест­вления коммутации и компенсации реактивной мощности нагрузки.

В зави­симости от способа включения конденсаторов по отношению к сопротив­лению нагрузки инверторы тока подразделяются на ин­верторы параллельные, последовательные и последовательно-параллель­ные.