7

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Національний університет “Львівська політехніка”

Інститут енергетики та систем керування

Лекція №

Методи формування вихідної напруги трифазних автономних інверторів

з дисципліни «Промислова електроніка та перетворювальна техніка»

Львів 2011

1. Схема трифазного автономного інвертора

Рис. 1. Схема силових кіл трифазного автономного інвертора напруги

Схема автономного інвертора складається з шести тиристорів VS1 - VS6 та шести діодів VD1 – VD6. Діоди увімкнені зустрічно-паралельно до тиристорів і слугують для утворення електричного кола протікання струму активно-індуктивного навантаження на проміжках часу, коли струм має напрям протилежний до напряму провідності тиристорів. Навантаження активно-індуктивного характера увімкнено зіркою (може бути увімкненим і трикутником). Під час розгляду процесів схеми всі вентилі вважаємо ідеальними ключами.

2. Формування вихідної напруги інвертора за умови одноразового перемикання силових тиристорів за період

Створено достатньо методів реалізації широтно – імпульсного регулювання (ШІР) напруги трифазних автономних інверторів, які відрізняються лише алгоритмом перемикання тиристорів. Загальні засади побудови алгоритмів перемикання базуються на одинаковій кількості імпульсів в обох півхвилях вихідної напруги інвертора. У відповідності із зазначеним число перемикань силового тиристора схеми інвертора повинно бути цілим за період, який кратний 60°. Це досягається за допомогою поєднання різних комбінацій тривалості відкритого й закритого станів тиристорів за період.

ШІР досягається зміною тривалості  відкритого стану кожного тиристора VS1 - VS6 (рис. 1). Відкритий стан тиристора може бути тільки один раз за період. Звідси й назва – одноразове перемикання. Природньо, що в схемі використовується примусове вимкнення тиристорів. На рис. 3 наведені часові діаграми відкритого стану силових тиристорів трифазного мостового інвертора відповідно для  = 180°, 150° і 120°. У нижній частині наведені часові діаграми міжфазних та фазних напруг.

Спершу розглянемо спосіб формування вихідної напруги інвертора за незмінної тривалості провідного стану тиристорів ψ = 180°. Алгоритм перемикання тиристорів відповідає рис. 2. Кожен з тиристорів проводить струм протягом часу ψ = 180°. Послідовність вступу тиристорів в роботу відповідає їх порядковим номерам з фазовим зсувом в 60° відносно попереднього тиристора. Тиристори однієї фази не можуть бути відкритими одночасно (наприклад, тиристори VS1 та VS4). Наведений алгоритм перемикання усуває також одночасно закриті стани обох тиристорів однієї фази. В будь-який момент часу проводять струм три тиристори, два з яких належать відповідно до будь-якої однієї (анодної або катодної) групи, а третій – до іншої (протилежної) групи. Три тиристори у провідному стані разом із навантаженням фаз кожен раз формують подільник напруги джерела живлення. Наприклад, на проміжку від 240° до 300° у провідному стані перебувають тиристори VS3, VS4 та VS5, що формує подільник напруги джерела (рис. 2а).

Рис. 2. Формування подільників напруг під час відкритого стану тиристорів VS3, VS4, VS5 – рис. 2 а; VS4, VS5, VS6 – рис. 2 б; VS5, VS6, VS1 – рис. 2 в

З рис. 2 а видно, що напруга фази А становить дві третини напруги джерела u_a = +2E/3, напруги фаз В та С відповідно – одну третину

u_в = u_с = -E/3. У відповідності до напряму протікання струму (входить у вузол чи виходить з вузла) напруга фази А додатня, а напруги фаз В і С – від’ємні (рис. 2 а).

За наведеною методикою можна формувати подільники напруг на інших проміжках. Наприклад, на проміжку від 300° до 360° у провідному стані перебувають тиристори VS4, VS5 та VS6, що формує подільник напруги рис. 2 б. На проміжку від 360° до 420° у провідному стані перебувають тиристори VS5, VS6 та VS1, що формує подільник напруги рис. 2 в. Очевидно, що за умови симетричного навантаження Z_A= Z_B= Z_C напруги фаз, навантаження

Рис. 3. Часові діаграми відкритого стану силових тиристорів та фазних і міжфазних напруг трифазного мостового інвертора напруги відповідно для

 = 180° (а),  = 150° (б) та  = 120° (в)

яких увімкнені паралельно, дорівнюють ± , а напруга фази, навантаження якої увімкнено послідовно, дорівнює ± . Це дозволяє побудувати часові діаграми фазних та міжфазних напруг за повний період повторюваності процесів, які наведені на рис. 3 а.

Фазні напруги u_a , u_в , u_с мають вигляд ступеневої кривої зі значеннями напруг і . Фазні напруги мають взаємний фазовий зсув у 120°.

Криві міжфазних напруг складаються із імпульсів з амплітудою Е знакозмінної полярності тривалості в 120° та паузою між ними в 60°.

Напруги u_AB, u_BC, u_CA зсунуті між собою на кут у 120°. Імпульси напруги з

амплітудою Е додатної чи від’ємної полярності створюються під час провідності навхрест розташованих тиристорів двох фаз, що визначають відповідну міжфазну напругу. Так, наприклад, у кривій u_AB (рис. 3 а) імпульси напруги додатної полярності утворюються під час провідності тиристорів VS3 і VS4, а імпульси напруги від’ємної полярності під час провідності тиристорів VS1 і VS6 (див. рис. 1). Проміжкам паузи в кривих міжфазних напруг відповідають відкриті стани тиристорів двох фаз однієї групи (анодної чи катодної), що формують відповіну напругу. Наприклад, проміжки паузи у кривій u_AB виникають під час одночасної провідності тиристорів VS1 і VS3 чи VS4 і VS6.

Форма кривої вихідної напруги інвертора є задовільною для роботи низки навантажень, зокрема для живлення асинхронних двигунів. В кривій вихідної напруги відсутні парні гармоніки, а також гармоніки кратні трьом. Амплітуди 5-ої та 7-ої гармонік становлять відповідно 20% і 14,3% від амплітуди основної гармоніки. Регулювання вихідної напруги інвертора для розглянутого її способу формування здійснюється колом живлення, наприклад, застосуванням на вході інвертора керованого випрямляча.

Відповідно до алгоритму перемикань рис. 3 б та 3 в можна побудувати часову діаграму вихідної напруги інвертора. Часові діаграми рис. 3 б та 3 в відображають зміну форм фазної та міжфазної напруг в залежності від тривалості відкритого стану тиристорів = 150° (б) та = 120° (в) за умови їх одноразового перемикання за період. Зміна тривалості провідного стану тиристорів призводить до дискретного регулювання дієвого значення вихідної напруги інвертора.