2.3.2.1 Широтно-импульсные преобразователи с синусоидальной модуляцией напряжения
Простейшим режимом ШИР является режим формирования
синусоидальных ШИМ напряжений в обмотках АД в соответствии с сигналами задания.
На рис. а) показана функциональная схема инвертора ПЧ, к выходу которого
подключен статор АД. Управление четными и нечетными ключами полумостовых пар
производится парафазно, для чего в каналы управления четных ключей включены
инверторы логических функций. Логический сигнал управления ключами формируется
компараторами (К), на входы которых подаются синусоидальные сигналы заданных
фазных напряжений
и сигнал линейной развертки
с выхода
генератора пилообразного сигнала (ГПС). Компараторы на рисунке выполняют
математическую функцию определения знака разности сигналов
, где
– сигнал на выходе
компаратора. На выходах компараторов фазных сигналов показаны звенья типа
двухпозиционного реле с гистерезисом. Наличие такого элемента необходимо для
исключения «дребезга» при переключении компаратора, но обычно гистерезис
вводится просто с помощью охватывающей компаратор положительной обратной связи
по напряжению.
Если мгновенное значение сигнала задания превышает значение сигнала развертки
, то выключается
соответствующий нечетный ключ и включается четный. При этом обмотка АД оказывается
подсоединенной к отрицательному полюсу источника постоянного тока, питающего
инвертор. В случае противоположного соотношения сигналов задания и развертки
обмотка подключается к положительному полюсу источника. В результате фазное
напряжение статора АД
формируется из прямоугольных
импульсов с частотой равной частоте сигнала развертки
и средним значением, равным
среднему значению сигнала задания
в пределах периода развертки. При
этом первая гармоника фазного напряжения совпадает по фазе и амплитуда ее
пропорциональна амплитуде сигнала задания.
Фазный ток в
межкоммутационных интервалах формируется из
участков экспонент. При этом в цепи фазной обмотки действует разность
напряжения формируемого инвертором
и ЭДС ротора
(см. рис.). Если
частота сигнала развертки на порядок и более превышает частоту сигнала задания то
кривая тока имеет спектр, состоящий более чем на 99% из основной гармоники
.
Следует заметить, что рисунок б) поясняющий принцип работы ШИР,
соответствует работе однофазной мостовой схемы инвертора. При работе
трехфазного инвертора (рис. а) на каждом интервале коммутации две обмотки
соединяются параллельно и подключаются последовательно с третьей обмоткой. Если
же одновременно замыкаются три четных или нечетных ключа, то все три обмотки
оказываются соединенными параллельно и отключенными от напряжения источника
питания ,.
Таким образом, в фазных напряжениях появляются интервалы с нулевым входным
напряжением. Это усложняет картину процессов в ШИР, но практически не
сказывается на спектре токов в обмотках, если, как уже отмечалось выше, частота
коммутации более чем на порядок превышает частоту основной гармоники. В этом
случае при анализе можно заменить ШИП линейным источником синусоидального
напряжения, не внося при этом погрешности более 2-3%.
Очевидно, что приведенная на рисунке структура устройства управления ключами инвертора может быть реализована и в настоящее время чаще всего реализуется с помощью цифровой обработки информации микроконтроллером.