Выбор транзисторных модулей.

 

 

Транзистор выбирается по следующим параметрам: ток, напряжение, потери мощности и частота.

 

 

– коэффициент запаса, который обеспечивает временной ресурс работы.

В кратковременном режиме перегрузки допускаются .

 

 

– напряжение перенапряжения.

Динамическое сопротивление определяется наклоном характеристики.

У тиристора динамическое сопротивление довольно большое.

Характеристики для транзистора, тиристора и диода:

Статические потери модуля:

 

 

где N – количество элементов в модуле.

 

Если предположить, что пульсации тока на такте равны нулю, то на каждом такте ШИМ ток представляет собой постоянную величину.

Средние значения для токов транзистора и диода:

 

 

 

Динамические потери. Ориентировочные расчеты.

 

 

Динамическая мощность, выделяемая на транзисторе, на такте ШИМ:

 

Динамическая мощность, выделяемая в одном транзисторе:

 

Динамические потери модуля:

 

 

Динамические потери транзистора и диода примерно одинаковы.

N – количество транзисторов в модуле.

Мощность IGBT-транзистора до 500кВт с предельной частотой 50кГц,а для широтно-импульсной модуляции частота не более 3кГц.

 

Квадрат действующего значения входного тока инвертора:

 

 

Ток, который отбирается выпрямителем:

 

Ток конденсатора:

 

 

 

Достоинства ШИМ:

· плавное регулирование выходного напряжения по величине и по частоте;

· синусоидальность выходного тока;

· высокое значение входного коэффициента мощности.

 

Негативные факторы, вызванные ШИМ:

· мертвое время влияет на величину выходного напряжения и вид регулировочной характеристики;

· наличие синфазных высокочастотных сигналов в напряжении, которые приводят к появлению токов в подшипниках исполнительных механизмов.

· В выходном напряжении инвертора напряжения возникают всплески перенапряжения, существенно сокращающие рабочий режим электрического двигателя;

· Акустические шумы, порожденные ШИМ.

 

Влияние мертвого времени на выходное напряжение и способы компенсации этого влияния.

 

 

 

Договоримся, что выключение идет мгновенным.

 

Время (мертвое время) сказывается на выходном напряжении, когда происходит переключение тока с диода на транзистор. При этом среднее значение выходного напряжения на такте уменьшается.

 

Обозначим времена и .

Среднее значение напряжения на нагрузке:

 

 

Проблемы:

· теряем среднее значения напряжения;

· возникают нелинейные искажения в токе инвертора в момент перехода через ноль:

для однофазного инвертора:

для трехфазного инвертора:

 

Компенсация влияния времени осуществляется посредством увеличения амплитуды модулирующего сигнала.

 

 

 

При таком способе коррекции времени возникают проблемы с определением момента перехода тока через ноль, т.к. в этот момент пульсации в токе нагрузки являются максимальными.

 

Для компенсация влияния пульсаций используется обобщенный вектор выходного тока (используются dq координаты).

Возможные способы борьбы с “дребезгом” функции sign:

1. применение триггера Шмидта. Недостаток заключается в том, что переход функции sign через ноль происходит раньше, чем переходит черех ноль основная основная гармоника выходного тока.

2. применение фильтров низкой частоты. Это приводит к сдвигу по фазе основной гармоники тока . Вследствие этого функция sign будет с ошибкой. Данный недостаток может быть уменьшен, если применить фильтрацию во вращающейся системе координат (dq координат).

 

 

 

Переход во вращающуюся систему координат с частотой превращает ток в постоянную составляющую. При этом пульсационная составляющая в токе остается величиной переменной. Осуществляя фильтрацию с помощью фильтра низкой частоты результирующего вектора можно полностью подавить пульсационную составляющую, не внося практически фазового сдвига в токе .

 

 

 

Синфазные напряжения в инверторе напряжения с широтно-импульсной модуляцией.

 

Под синфазным напряжением инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией понимается напряжение между физическим нулем нагрузки (0) и виртуальным нулем ().

 

Напряжение синфазной составляющей:

 

 

Напряжение в трехфазной системе между нулем нагрузки и нулем источника питания называется напряжением смещения нейтрали и определяется напряжением нулевой последовательности, которая определяется как суммы напряжений источника питания.

 

Напряжение определяется высокочастотными гармониками выходного напряжения инвертора.

Синфазное напряжение изменяется с частотой ШИМ, с высокой частотой.

На периоде ШИМ синфазное напряжение 6 раз изменяется. Величина “скачка” напряжения составляет .

Существуют емкости:

1. – паразитная емкость между нулем и корпусом на выходе инвертора;

2. – паразитная емкость на входе инвертора.

 

 

Проблемы, порождаемые синфазным напряжением:

1. токи, наводимые синфазным напряжением, через паразитные конденсаторы порождают электромагнитные шумы. Эти электромагнитные шумы оказывают воздействие на радиотехнические системы;

2. через паразитную емкость между статором и ротором синфазное напряжение прикладывается к валу двигателя переменного тока. В результате через подшипники возникает синфазный ток, который приводит к быстрому износу подшипников.

 

По симметричной последовательности резистор R не вносится в выходные шины инвертора.

По нулевой последовательности напряжений в трансформаторе возникает потокосцепление, резистор R вносится в каждую из фаз.

 

Схему замещения для цепи протекания синфазной помехи можно нарисовать следующим образом:

 

L₀, C₀, R₀ – индуктивность, емкость, сопротивление для нулевой последовательности.

 

 

, – сопротивление статора и линии.

, – индуктивность статора и линии.

 

Резонансная частота, с которой возникнут в цепи колебательные токи:

 

 

 

 

где – волновое сопротивление LC-цепи:

 

 

Если включить трансформатор с сопротивлением R, то:

 

 

Сопротивление R существенно больше суммы сопротивлений .

 

 

Выбираем сопротивление R из желаемого тока .

 

Определим мощность, выделяемую на резисторе R:

 

Действующее значение тока: