Гармонический состав выходного напряжения трехуровневого инвертора напряжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Донецкий национальный технический университет, г. Донецк, Украина

Гармонический состав выходного напряжения трехуровневого инвертора напряжения

Бреусов А.Ю., студент

Шавёлкин А.А., доц., к.т.н.

Уланов Р.В., асс.

Общие принципы формирования выходного напряжения трехуровневого автономного инвертора напряжения (АИН) при использовании многоуровневой ШИМ достаточно хорошо освещены в литературе [1]. Схема трехуровневого АИН достаточно сложна, функции элементов схемы и их загрузка существенно отличаются. Большинство работ ограничивается исследованиями и усовершенствованием алгоритмов управления с использованием ШИМ. Вместе с тем, обойден вниманием вариант амплитудного управления при использовании на входе управляемого выпрямителя, позволяющий свести потери коммутации в схеме АИН к минимуму и вполне приемлемый для ряда применений.

Источник постоянного тока АИН имеет три уровня напряжения 0, +U, -U. Каждое плечо схемы содержит 4 ключа с двухсторонней проводимостью (запираемый по цепи управления тиристор IGCT или транзистор IGBT с обратным диодом). Напряжение фазы АИН и_АО может принимать значения 0, +U, -U и имеет прямоугольную форму при амплитуде полуволны U.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пространственный вектор напряжения имеет два уровня, его траектория имеет вид правильного шестигранника. Соответствующие диаграммы напряжений фаз АИН и фазы нагрузки u_Ф приведены на рис.1. Напряжение u_Ф для первого уровня аналогично напряжению двухуровневого АИН. Соответственно значение амплитуды гармоник с кратностью н: . При этом 5-я гармоника (н=5) составляет 20% от основной.

Для второго уровня относительная длительность полуволны (относительно р) составляет б=5/6. Для симметричной нагрузки АИН, соединенной по схеме «звезда» (без нейтрального провода) фазное напряжение на нагрузке и_ФА имеет ступенчатую форму (рис.1,б) при 4 уровнях (с амплитудой 1/3U), оно отличается от и_а только тем, что в нем отсутствуют гармоники кратные трем. Таким образом, амплитуды первой и ближайших высших гармоник можно определить исходя из разложения в ряд Фурье напряжения и_а:

, ,

, ,

.

Действующее значение первой гармоники фазного и линейного напряжений:

, .

Фазное напряжение (рис.1,б) имеет три уровня: первый уровень с амплитудой 2/3U при относительной продолжительности б₁=5/6, второй с амплитудой 2/3U при б₂=3/6 и третий с амплитудой 4/3U при б₃=1/6. Действующее значение фазного напряжения:

Коэффициенты искажения и гармоник фазного напряжения: н=0.986, К_ГН=THD=16.67%.

Относительные значения гармоник напряжения на фазе нагрузке при этом приведены в табл.1 (Баз). Следует отметить, что рассмотренный базовый принцип амплитудного регулирования характеризует предельные возможности АИН по напряжению и предполагает возможность получения двух значений напряжения при приемлемом гармоническом составе только на втором уровне (Баз. в табл.1).

Таблица 1

Отметим, что значения 11-ой и 13-ой гармоник при 12-ти тактах работы схемы АИН завышены. Практически такой же результат получаем при использовании ШИМ с частотой модуляции 600Гц при соответствующем увеличении количества переключений ключей схемы. Улучшение показателей достигается увеличением частоты модуляции, но приводит к росту потерь на коммутацию ключей. Поэтому проанализируем промежуточный вариант с введением двух дополнительных переключений ключа (рис. 2).

При этом гармонический состав выходного напряжения в относительных единицах:

, ,

,

,

.

Значения относительных продолжительностей б₁, б₂, б₃ следует выбирать исходя из целенаправленного формирования гармонического состава напряжения. Анализ показывает, что возможно несколько вариантов для второго уровня (рис.3,а,б) и один для первого (рис.3,в). Так для рис.3,а (В2 в табл.1):

Размещено на http://www.allbest.ru/

После преобразования получаем:

, , ,

, .

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зависимости для относительных значений гармоник (в процентах к основной) приведены на рис.4. При в>6є значения 5-ой и 7-ой гармоник не превышают 5%. При этом возможно регулирование относительного значения основной (первой) гармоники от 1 до 0.84. Вариант на рис. 4,б (В1) имеет меньшие возможности регулирования. Возможны и другие варианты (В3 в табл. 1). Отметим, данный принцип позволяет существенно улучшить гармонический состав напряжения и на первом уровне (М.1 в табл. 1, диаграммы на рис. 2,а и рис. 3,в)

Перечень литературы

напряжение автономный инвертор выпрямитель

1. Розрахунок завантаження елементів схеми трифазного багаторівневого інвертора напруги / Шавьолкін О.О.// Гірнича електромеханіка та автоматика: наук.-техн. зб. - 2007. - вип. 78 - С. 92-98.

Размещено на Allbest.ru