Файл: 6 10 вопросы. Заключение по всем генераторам. 87.docx

, определяющий отношение его периода следования (повторения) к длительности импульса. Часто используется величина, обратная скважности, которая называется коэффициент заполнения (англ. duty cycle).



Таким образом, для импульсного сигнала справедливо соотношение (1), где S – скважность, D – коэффициент заполнения, T – период импульсов, τ - длительность импульса.

Рассмотрим несколько сценариев при напряжении питания Vcc равным 5 вольтам.



В ШИМ в качестве ключевых элементов использует транзисторы (могут быть применены и др. полупроводниковые приборы) не в линейном, а в ключевом режиме, то есть транзистор всё время или разомкнут (выключен), или замкнут (находится в состоянии насыщения). В первом случае транзистор имеет почти бесконечное сопротивление, поэтому ток в цепи весьма мал, и, хотя всё напряжение питания падает на транзисторе, выделяемая на транзисторе мощность практически равна нулю. Во втором случае сопротивление транзистора крайне мало, и, следовательно, падение напряжения на нём близко к нулю — выделяемая мощность также мала. В переходных состояниях (переход ключа из проводящего состояния в непроводящее и обратно) мощность, выделяемая в ключе, значительна, но так как длительность переходных состояний крайне мала, по отношению к периоду модуляции, то средняя мощность потерь на переключение оказывается незначительной.



Также возможно осуществить модуляцию синусоидального сигнала.

Реализация ШИМ в среде Simulink.

Однофазный инвертер в среде Simulink на основе IGBT транзисторов



Реализация ШИМ в среде Simulink



Создание «Dead zone»



Временные диаграммы, поясняющие работу схемы управления инвертером

---

---

12. Инверторы. Общие сведения, принцип работы, схемотехника. Автономный однофазный инвертор. Полумостовая и мостовая топологии.

Инверторы. Общие сведения, принцип работы, схемотехника.

Применение полностью управляемых ключей (транзисторов, запираемых тиристоров и др.) позволяет не только изменять параметры преобразователей, но и создавать новые типы электрических устройств. К последним относятся автономные инверторы, или инверторы с самокоммутацией, — преобразователи постоянного тока в переменный, в которых используются полностью управляемые ключи.

Как уже отмечалось, применение полностью управляемых ключей позволяет не только упростить схемы автономных инверторов, но и значительно повысить качество преобразуемых параметров в преобразователях. Такая возможность реализуется посредством широтно-импульсной модуляции процессов изменения напряжений и токов инвертора. В преобразователях переменного тока применяется ШИМ по синусоидальным или другим требуемым законам изменения основных параметров. В результате обеспечивается синусоидальность (снижение уровня высших гармоник по сравнению с основной гармоникой) напряжения или тока. Кроме того, формирование напряжения требуемого спектрального состава позволяет создавать новые виды силовых электронных устройств — активные и гибридные фильтры. Одновременно со снижением высших гармоник тока (напряжения) ШИМ повышает коэффициент мощности в выпрямителях, инверторах, ведомых сетью, преобразователях частоты и других типах преобразователей.

Классификация инверторов:

1) По способу запирания:

· Ведомые сетью, в таких инверторах запирание силовых ключей происходит в момент подачи на анод отрицательной полуволны входного напряжения.

· Автономные инверторы (АИ), в таких инверторах силовые ключи запираются либо с помощью вспомогательных коммутирующих конденсаторов, либо с помощью управляющих запирающих импульсов от БУИ.

2) По форме выходного напряжения и тока:

· Автономные инверторы напряжения (АИН), в которых форма выходного напряжения не зависит от характера нагрузки, а определяется только последовательностью коммутации силовых ключей, а форма выходного тока зависит от характера нагрузки.

---

· Автономные инверторы тока (АИТ), в которых форма выходного тока не зависит от характера нагрузки, а форма выходного напряжения зависит от характера нагрузки.

3) По элементной базе:

· Инверторы на базе тиристоров, область применения таких элементов определяется напряжением питающей сети. Как правило, тиристорные инверторы используют в сетях напряжением 6-10 кВ.

· Транзисторные автономные инверторы, в качестве силовых ключей у них используются биполярные транзисторы. Наиболее современным транзистором является IGBT, область применения которого ограничивается до 6 кВ.

4) По управляемости:

· Автономные инверторы с поочередной коммутацией.

· Автономные инверторы с индивидуальной коммутацией.

5) По виду выпрямителя:

· С управляемым выпрямителем.

· С неуправляемым выпрямителем.

Автономный однофазный инвертор.

Автономные инверторы — это устройства, преобразующие постоянный ток в переменный с постоянной или регулируемой частотой и работающие на автономную нагрузку.

Основные области применения автономных инверторов:

- питание потребителей переменного тока в устройствах, где единственным источником энергии является аккумуляторная батарея (например, бортовые источники питания), а также питание ответственных потребителей при аварии в сети переменного тока (например, электросвязь);

- электротранспорт, питающийся от контактной сети постоянного или переменного напряжения, где для регулируемого электро­привода желательно иметь простые, дешевые и надежные короткозамкнутые асинхронные двигатели;

- электропривод, где требуется переменная скорость вращения; в этом случае инвертор является источником с регулируемой частотой и напряжением.

В отличие от инверторов, ведомых сетью, у автономного инвертора на стороне переменного тока нет другого источника энергии той же частоты, кроме самого инвертора.

• 
  трансформаторы постоянного тока, преобразующие постоянный ток одного уровня в постоянный ток другого уровня;
  
• 
  источники прямого преобразования энергии, в которых вырабатывается постоянный ток относительно низкого напряжения (термо- и фотоэлектрические генераторы, топливные элементы, МГД-генераторы), для использования этой энергии требуется преобразовать постоянный ток в переменный ток определенной частоты;
  
• 
  передача энергии постоянным током - для преобразования переданного на дальнее расстояние постоянного тока в переменный.
  

---

Требования, предъявляемые к автономным инверторам:

• 
  обеспечение максимального КПД;
  
• 
  минимальная установленная мощность отдельных узлов и элементов;
  
• 
  возможность широкого регулирования выходного напряжения;
  
• 
  обеспечение стабильности выходного напряжения при измене­нии величины и характера нагрузки;
  
• 
  обеспечение синусоидальной или близкой к синусоидальной форме кривой выходного напряжения;
  
• 
  отсутствие срывов инвертирования при перегрузках;
  
• 
  возможность работы в режиме холостого хода;
  
• 
  обеспечение максимальной надежности и устойчивости.
  

Под установленной мощностью какого-либо элемента понимается основной его параметр, определяющий габариты, вес и стоимость элемента. Установленная мощность элементов является одним из основных факторов, определяющих целесообразность применения той или иной схемы автономного инвертора. Наиболее рациональной считается та схема, у которой суммарная установленная мощность имеет наименьшее значение. При этом сравниваются суммарные приведенные установленные мощности инверторов. Под приведенными установленными мощностями элементов понимают действительные мощности, умноженные на коэффициент приведения к основному элементу по выбранному критерию оценки.

Полумостовая и мостовая топологии.

Работа инвертора основана на том, что ток в ветвях периодически прерывается с помощью вентилей. В качестве вентилей используют тиристоры, МОП-транзисторы, биполярные транзисторы с изолированным затвором.

В силовых преобразователях до 6-10 кВт применяется две основные топологии: полный мост и «полумост» со сквозной нейтралью. Выглядят они следующим образом (см. на рисунках ниже).

Полумостовая топология



Мостовая топология



Полумостовая топология

Данная топология очень чаще всего встречается в бюджетных ИБП с синусом на выходе, хотя и такие авторитеты как APC и GE не брезгуют применять ее даже на достаточно больших мощностях. Что же их побуждает к этому? Давайте рассмотрим достоинства и недостатки данной топологии.

Достоинства:

---