Основные закономерности процессов в активном выпрямителе на базе инвертора тока

Инвертор тока на схеме рис. 1, б выполнен на ключах V1 — V6. Алгоритм переключения должен исключать короткие замыкания питающей сети, для этого необходимо блокировать одновременную проводимость двух или трех ключей четной, либо двух или трех ключей нечетной группы. В АИТ ток проходит через один из нечетных ключей, далее замыкается через цепь постоянного тока и возвращается в сеть через один из ключей четной группы. При паузе в токах всех фаз сети для протекания тока id должны быть замкнуты оба ключа одной из фаз (в НПЧ по схеме рис. 1, б такой режим не используется).

При ШИМ-модуляции по синусоидальному закону осуществляется однополярная модуляция, форма управляющих сигналов и сигнал развертки приведены на рис. 5, а. Для наглядности диаграмм частота коммутации f_к = А f_с, где f_с — частота сети, выбрана невысокой, А = 12. Коэффициент модуляции k_m = 0.9. В связи с необходимостью исключения одновременной проводимости двух или трех ключей четной или нечетной группы, система управления должна включать распределитель импульсов, такой же распределитель включает и спектральная модель АИТ. На любом межкоммутационном интервале время проводимости одного из ключей определяется работой модуляторов двух других фаз, т. е. управление одной из фаз является пассивным. Если обозначить номер ключа, у которого импульс тока имеет максимальную ширину, через X, а два другие ключа, проводящие ток на данном межкоммутационном интервале, через Y и Z, и те же индексы присвоить соответствующим модуляторам, то коммутационные функции ключей записываются.

F_X = m_X; F_Y = m_Y; F_Z = m_X — m_Y

либо.

F_X = m_X; F_Z = m_Z; F_Y = m_X — m_Z.

На рис. 5, б показаны коммутационные функции ключей АИН F1 F6. Форма входного тока активного выпрямителя определяется.

i_A = i_d(F₁ — F₄) = F_АИТ.А;

i_B = i_d(F₃ — F₆) = F_АИТ.B; (3).

i_С = i_d(F₅ — F₂) = F_АИТ.C.

Диаграмма входного тока одной фазы при i_d = const = I_d приведена на рис. 5, в. Спектр тока при, А =120 приведен на рис. 6.а. Спектр содержит основную гармонику с частотой сети и группу гармоник, лежащих в окрестности частоты коммутации и уменьшающихся при отклонении от частоты коммутации, однако это уменьшение амплитуды при отдалении от частоты коммутации происходит достаточно медленно и область этих гармоник охватывает и низкочастотную часть спектра. Даже при высокой частоте коммутации (А > 100) паразитные гармоники вблизи сетевой частоты существенны. Такой характер спектра характерен для ШИМ с пассивной фазой, например, подобное явление наблюдается в спектре выходного напряжения АИН с векторной (симплексной) ШИМ. Отсутствие в спектре входного тока АИТ области частот, лишенной интенсивных гармоник, затрудняет построение сетевого фильтра трехфазных активных выпрямителей на базе АИТ (см. ниже) и является недостатком данного типа активных выпрямителей.

Напряжение в цепи постоянного тока u_d имеет форму, представленную на рис. 5, г, и определяется.

u_d = u_A(F₁ — F₄) + u_B(F₃ — F₅) + u_C(F₅ — F₂), (4).

где u_A, u_B, u_C — фазные напряжения сети. Напряжение u_d представлено на рис. 5, г. Спектр напряжения u_d при, А =120 представлен на рис. 6, б. Спектр содержит постоянную составляющую и группу гармоник, расположенных вблизи частоты коммутации. Обмен энергией между сетью и преобразователем осуществляется в течение отрезка времени, когда ток сети замыкается через цепь постоянного тока. Коэффициент заполнения _АИТ (отношение длительности указанного отрезка времени к длительности межкоммутационного интервала) в принятом масштабе равен максимальному управляющему сигналу (см. рис. 5, а). Коэффициент _АИТ модулирован шестикратной частотой f_c, временная диаграмма на периоде частоты сети совпадает с диаграммой приведенной на рис. 3, б.

Коэффициент преобразования по напряжения активного выпрямителя на базе АИТ k_U.АИТ равен отношению максимально возможного среднего напряжения в цепи постоянного тока U_d к действующему значению фазного напряжения сети U_c. При синусоидальном законе управления k_U.АИТ = 2,11 (в неуправляемом мостовом выпрямителе аналогичный коэффициент равен 2,34).

Для исключения модуляции _АИТ и повышения k_U.АИТ может использоваться трапециидальный закон управления, при этом синусоидальные сигналы управления заменяются трапециидальными. При трапециидальном управлении АИТ управляющие сигналы имеют вид (рис. 5, а):

На рис. 6, в приведен спектр сетевого тока при, А = 120, он содержит паразитные гармоники в низкочастотной области: 5-я гармоника составляет 3,3% от основной, а 7-я соответственно 3,2%. На рис. 6, г представлен спектр напряжения u_d. Он содержит в низкочастотной области 6-ю гармонику (5,8% от основной гармоники) и 12-ю гармонику (1,6%). При локальном использовании активного выпрямителя на базе АИТ трапецеидальный закон обладает недостатками по сравнению с синусоидальным управлением. Но при использовании реального или виртуального АИТ в составе НПЧ оценка изменяется, и не последнюю роль при этом играет повышение коэффициента преобразования при трапециидальном законе до k_U.АИТ = 2,22.