Трехфазная мостовая схема инвертора напряжения

Наиболее простой схемой трехфазного инвертора напряжения является трехфазная система на основе трех однофазных инверторов, основные гармоники выходных напряжений которых сдвинуты между собой на угол 2л/3. В инверторах напряжения этот угол создается сдвигом импульсов управления ключами однофазных инверторов. Такая структура может быть успешно использована при реализации модульного принципа создания рядов однотипных трехфазных и однофазных инверторов. Однако техникоэкономические характеристики таких систем будут хуже, чем, например, характеристики трехфазных мостовых схем на основе шести ключей, которые являются базовыми для трехфазных преобразователей переменного/постояниого тока (рис. 4.5). Управление трехфазными мостовыми инверторами может осуществляться посредством формирования импульсов управления длительностью я или 2я/3 [2].

Рис. 4.5. Трехфазный мостовой инвертор с активной нагрузкой.

Импульсы длительностью я (180°-коммутация). Для рассматриваемого алгоритма управления диаграммы импульсов управления и выходных напряжений фаз инвертора при активной нагрузке, подключенной по схеме «звезда», представлены на рис. 4.6. Поскольку нагрузка не содержит индуктивностей, то диоды не открываются, ток протекает только через транзисторы. В каждый момент времени в проводящем состоянии будут находиться одновременно три транзистора:

• • VT1, VT2, VT3;
• • VT2, V73, VT4;
• • V73, VTA, VT5;
• • VTA, VT5, VT6;
• • VT5, VT6, VT1;
• • VT6, VT1, VT2.

Из диаграмм на рис. 4.6, а видно, что за один период через интервал изменяется шесть комбинаций, соответствующих состояниям трех транзисторов, одновременно находящихся в проводящем состоянии. Причем в чередующихся комбинациях поочередно проводят сначала один транзистор из группы транзисторов с общим коллектором и два — из группы с общим эмиттером, а затем наоборот — один транзистор из эмиттерной группы и два — из коллекторной. В результате на выходе инвертора формируются переменные междуфазные (линейные) напряжения и_аЬ, и_Ьс и_са прямоугольной формы, имеющие амплитуду U_d и длительность импульсов 2п/3 в каждом из полупериодов. Напряжения фаз и_п, и_ь, и_с могут быть определены из эквивалентных схем, соответствующих изменениям подключений цепей нагрузки (фаз) при коммутации ключей инвертора в течение одного периода. В результате фазные напряжения имеют ступенчатую форму (рис. 4.6, б).

Действующие значения линейных и фазных напряжений определяются как

Рис. 4.6. Диаграммы для трехфазного мостового инвертора с Я-нагрузкой при 180°-коммутации:

а — импульсы управления; б — фазные напряжения При наличии индуктивной составляющей в нагрузке инвертора часть токов начинают проводить диоды, обеспечивая обмен неактивной мощностью между нагрузкой и источником постоянного тока. Очевидно, что источник постоянного тока должен обладать двунаправленной проводимостью. Кроме того, для уменьшения уровня пульсаций постоянного тока следует увеличивать внутреннюю проводимость этого источника. Для этих целей при необходимости используется емкостной фильтр в виде конденсатора, подключенного на стороне постоянного тока инвертора.

Импульсы длительностью 2п/3 (120°-коммутация). Диаграммы импульсов управления и выходных напряжений инвертора при активной нагрузке, подключенной по схеме «звезда», представлены на рис. 4.7. Импульсы управления длительностью 2л/3 поступают на транзисторы инвертора со сдвигом к/3 относительно друг друга. В этом случае в проводящем состоянии всегда находятся два транзистора (рис. 4.7, a): VT6, VT1; VT1, ИГ2; VI2, VT3; V73, VTA] VT4, VT5] VT5, VT6. Один из этих транзисторов принадлежит группе с общим коллектором, а другой — группе с общим эмиттером. На выходе инвертора формируются переменные фазные напряжения и_а, и_ь, и_с и линейные напряжения u_(ih, и_Ъс, и_са (рис. 4.7, 6). Из диаграмм видно, что при 120°-управлении форма напряжений изменяется по сравнению с управлением импульсами длительностью п. Максимальные значения линейных напряжений равны ±U_(Jy а фазных ±U_d/2.

Рис. 4.7. Диаграммы для трехфазного мостового инвертора с /^-нагрузкой

при 120°-коммутации:

а — импульсы управления; б — фазное и линейное напряжения.