«Векторная» («симплексная») ШИМ

При реализации этой разновидности ШИМ дважды за период выходной частоты каждая фаза инвертора становится пассивной, т. е. коммутация силовых ключей в ней не происходит [5]. При этом также осуществляется предмодуляция управляющих сигналов фаз дополнительным сигналом нулевой последовательности nn(t), содержащем только нечетные гармоники, кратные трем:

(1.12).

Найдем сигнал nn. Дважды за период выходной частоты каждая фаза инвертора становится пассивной. Для этого в пассивной фазе управляющий сигнал должен принимать значение U_m, если сигнал u_эт данной фазы в определенный момент времени максимален среди эталонных сигналов всех фаз, либо — U_m, если сигнал u_эт минимален. Как следует из (1.12), для пассивной фазы nn — это разность между значением ±U_m и синусоидальным сигналом u_эт, задающим форму фазного выходного напряжения инвертора. Найденное для пассивной фазы значение nn должно быть добавлено также в управляющие сигналы активных фаз.

Получим расчетное выражение для сигнала предмодуляции. Для этого выделим значение эталонного сигнала в те моменты, когда фаза пассивна (это максимальные по модулю значения эталонного сигнала) (кривая при K_м = 1 приведена на рис. 1.5, а).

(6).

Управляющий сигнал пассивных фаз, кривая которого также приведена на рис. 4, а, определяется.

(7).

Приведем программу спектрального моделирования инвертора с «векторной» ШИМ.

Исходные данные: В.

Задание числа отсчетов, интервала дискретизации, дискретного угла от начала отсчета.

Сигнал развертки (двухсторонняя ШИМ).

Построение управляющего сигнала АИН. Эталонные сигналы.

Сигнал предмодуляции.

Управляющие напряжения на входе модуляторов.

Определение выходных сигналов модуляторов АИН Фазные выходные напряжения АИН.

Определение спектра выходного напряжения.

Кривая сигнала предмодуляции и управляющее напряжение фазы А u_уА при K_м = 1 приведены на рис. 1.5, б. Кривая управляющего напряжения близка в трапециидальной форме и весьма близка к управляющему сигнал в ШИМ с предмодуляцией третьей гармоникой.

Рис. 1.5

В приведенной выше программе показана временная диаграмма выходного фазового напряжения при А = 48, коэффициенте модуляции K_м = 0,5, а также приведен спектр фазного выходного напряжения в этом режиме. Сравнение спектров показывает, что при осуществлении «векторной» ШИМ в низкочастотной части по-прежнему присутствует только основная гармоника, отношение амплитуды первой гармоники к напряжению источника питания Е на 15,47% выше, чем в инверторах с «классической» трехфазной ШИМ, однако характер спектра заметно изменился. Область комбинационных гармоник вблизи частоты коммутации значительно расширилась, поэтому при расчетах коэффициентов гармоник необходимо значительно увеличить значение w.

На основании модельного эксперимента рассчитаны коэффициенты гармоник. В табл. 1.3 приведены значения коэффициентов гармоник k_г.к и k_г.2к (в%) «векторной» ШИМ при модуляции фронта (среза) импульса и двухсторонней модуляции.

Табл.1.3.

При реализации «векторной» ШИМ различие между ШИМ по фронту (срезу) и двухсторонней модуляцией в значительной степени нивелируется.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что ШИМ с предмодуляцией третьей гармоникой обеспечивает лучший гармонический состав выходного напряжения по сравнению с «векторной» ШИМ, причем это преимущество возрастает при уменьшении коэффициента модуляции.

При реализации «векторной» ШИМ каждая из фаз является пассивной в течение 1/3 периода выходной частоты, когда коммутации в пассивной фазе не осуществляются. Поэтому средняя частота коммутации каждого из силовых ключей при «векторной» ШИМ оказывается в 1,5 раза ниже, чем в других видах ШИМ при том же числе импульсов на периоде выходной частоты.