вход Вход Регистрация



При необходимости сформировать трехфазное напряжение, рассмотренная выше схема неудобна, так как в этом случае требуется или три независимых источника постоянного напряжения, или низкочастотный выходной трансформатор. Для реализации однополярной модуляции в трехфазном АИН можно использовать три полумостовых схемы, так называемого трехуровневого инвертора [4,12]. Схема одной фазы показана на рисунке 4.15. По сравнению с обычной полумостовой схемой инвертора, элементами которой являются два силовых транзистора VT2, VT3 и два обратных диода VD2, VD3, в схеме трехуровневого инвертора содержится два вспомогательных транзистора VT1, VT4, с соответствующими обратными диодами VD1, VD4, и два блокирующих диода VD5, VD6.

Для формирования импульса напряжения положительной полярности одновременно включаются транзисторы VT1, VT2 и к нагрузке прикладывается напряжение верхней половины источника питания. При этом электромагнитные процессы в схеме аналогичны процессам в обычной полумостовой схеме инвертора. При выключении транзистора VT1, под воздействием эдс самоиндукции индуктивности нагрузки, открывается блокирующий диод VD5 и цепь нагрузки замыкается (практически накоротко) через этот диод и остающийся включенным транзистор VT2. При этом напряжение нагрузки падает до уровня, определяемого суммой прямого падения

 

напряжения на блокирующем диоде и остаточного напряжения силового транзистора.

Если вновь включить транзистор VT1, то диод VD5 запирается и на нагрузке опять появляется напряжение верхней половины источника питания. Таким образом, при изменении длительности включенного состояния транзистора VT1 (в долях от периода несущей частоты) и при постоянном включенном состоянии транзистора VT2, происходит формирование серии импульсов напряжения положительной полярности на нагрузке. Аналогично формируются импульсы отрицательной полярности при включении транзисторов VT3, VT4. Таким образом, полярность напряжения на нагрузке определяется состоянием транзисторов VT2 и VT3, а широтно-импульсная модуляция осуществляется с помощью транзисторов VT1 и VT4.

При активно-индуктивном характере нагрузки ток нагрузки отстает по фазе от первой гармоники гладкой составляющей выходного напряжения. В этом случае, после изменения полярности выходного напряжения, ток нагрузки сохраняет прежнее направление, что приводит к включению обратных диодов, и, соответственно, форма гладкой составляющей выходного напряжения искажается. Для устранения этих искажений транзисторы VT2, VT3 на непроводящей части периода должны управляться сигналами, находящимися в противофазе с управляющими сигналами транзисторов VT4, VT1.

Соответствующие временные развертки управляющих сигналов показаны на рисунке 4.16. Для того, чтобы гладкая составляющая выходного напряжения имела синусоидальную форму, длительности отдельных импульсов по отношению к периоду несущей частоты (т.е. коэффициент заполнения кривой) также должны изменяться по синусоидальному закону. Как уже указывалось выше, особенностью однополярной модуляции является тот факт, что эта закономерность должна соблюдаться в пределах одной полуволны выходного напряжения. Таким образом, например, для положительной полуволны выходного напряжения, т.е. при коэффициент заполнения должен изменяться в соответствии с уравнением (4.40)

Нетрудно видеть, что амплитуда гладкой составляющей выходного напряжения определяется соотношением:

(4.57)

где - амплитуда гладкой составляющей выходного напряжения, В;

- коэффициент модуляции;

- напряжение одной половины источника питания, В.

Таким образом, полагая, что гладкая составляющая выходного напряжения имеет синусоидальную форму, можно считать, что действующее значение первой гармоники выходного напряжения определяется соотношением:

. (4.58)

Для выбора силовых полупроводниковых приборов и для расчета потерь в них необходимо знать средние и действующие значения токов коллекторов и анодных токов диодов. Предположим, что ток нагрузки имеет синусоидальную форму и описывается уравнением:

(4.59)

где - мгновенное значение тока нагрузки;

- амплитуда тока нагрузки;

- круговая частота первой гармоники выходного напряжения; - текущее время;

- безразмерное время;

- угол сдвига тока нагрузки относительно выходного напряжения.

Временные развертки токов в элементах схемы трехуровневого инвертора при активно-индуктивном характере нагрузки показаны на рисунке 4.17. При достаточно большой кратности несущей частоты справедливо допущение о том, что каждый импульс коллекторного тока имеет прямоугольную форму. Причем амплитуда импульса определяется по (4.59), а длительность по (4.40) [4]. При этом ток коллектора модулирующего транзистора (VT1 для положительной полуволны выходного напряжения и VT4 для отрицательной полуволны) существует только на интервале . Тогда среднее значение тока коллектора модулирующего транзистора определяется следующим соотношением:

. (4.60)

Ток коллектора переключающего транзистора имеет две составляющие: основную, определяемую током на интервале , где ток коллектора непрерывен, и дополнительную, определяемую током на интервале , на котором транзистор переключается в противофазе с модулирующим транзистором другого плеча инвертора. Основную составляющую можно вычислить по уравнению:

. (4.61)

При вычислении дополнительной составляющей, следует учесть, что управление переключающим транзистором осуществляется сигналом, формируемым в противофазе с сигналом модулирующего транзистора, поэтому длительность включенного состояния переключающего транзистора на периоде несущей частоты определяется по (4.41).

Кроме того, при однополярной модуляции произведение должно оставаться положительной величиной и при , так как физически, коэффициент заполнения не может быть отрицательной величиной. Поэтому при расчете среднего значения дополнительной составляющей, когда , в уравнении (4.41) следует поменять знак перед вторым слагаемым. Тогда будем иметь:

=. (4.62)

После суммирования (4.61) и (4.62) получим окончательно:

. (4.63)

При вычислении среднего значения анодного тока блокирующего диода, необходимо принимать во внимание, что длительности включенного состояния диода, как показано на рисунке 4.17(г), находятся в противофазе с интервалами проводимости модулирующего транзистора. Причем, на интервале коэффициент заполнения определяется по (4.41), а на интервале , соответственно, в (4.41) следует изменить знак на обратный.

Таким образом, будем иметь:

. (4.64)

Ток обратного диода, как видно на развертках, представленных на рисунке 4.17(д), существует только тогда, когда одновременно включены модулирующий и переключающий транзисторы, но ток нагрузки имеет обратную полярность. Поэтому среднее значение анодного тока обратного диода определяется соотношением:

. (4.65)

Используя приведенные выше соображения можно найти и действующие значения токов силовых полупроводниковых приборов.

Действующее значение тока коллектора модулирующего транзистора определяется по соотношению:

. (4.66)

Аналогично, действующее значение тока коллектора переключающего транзистора равно:

. (4.67)

Действующее значение анодного тока блокирующего диода:

. (4.68)

Действующее значение анодного тока обратного диода:

. (4.69)

Приведенные соотношения позволяют осуществить выбор силовых полупроводниковых приборов и сделать оценку статических потерь в них.

© 2018
  • Сайт "Литературка"
  • мы собираем различную техническую, образовательную, научную литратуру