АНАЛИЗ ГАРМОНИЧЕСКОГО СОСТАВА И ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ЧАСТОТНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ С ТРАДИЦИОННОЙ СИНУСОИДАЛЬНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

Для исследования процессов формирования выходного напряжения и повышения энергетической эффективности при использовании частотных преобразователей нужно провести всесторонний аналитический разбор традиционной синусоидальной широтно-импульсной модуляции. Это необходимо для того, чтобы найти потенциальные недостатки данной схемы, которые могут повлиять на качество выходного сигнала и общий коэффициент полезного действия системы. Изначально, для обеспечения необходимого уровня напряжения на статорах асинхронного двигателя, подключенного к преобразователю, применяется метод последовательного включения каждой из трех фаз либо к плюсу, либо к минусу источника постоянного напряжения в течение каждого периода ШИМ. В тоже время, синусоидальное напряжение на фазах двигателя создается за счет переключения транзисторов, входящих в состав одних полумостов частотного преобразователя, что реализуется через изменение скважности сигналов управления. Таким образом, транзисторы полумостов переключаются по так называемому симметричному закону, предусматривающему равномерное соотношение длительности включений и выключений. В результате такой схемы, нулевое напряжение соответствует скважности (₎, при которой длительность включенного состояния равна длительности выключенного. Следует отметить, что при условии отсутствия задержек, связанных с переключением транзисторов, и беря во внимание «мертвого» времени — задержки, возникающей из-за не идеальности быстрого переключения — силовые транзисторы работают согласно определенному закону. Этот закономерный режим работы определяет характер формирования вихревых гармоник и влияет на качество синусоидальной формы выходного напряжения. Важным аспектом является то, что частотный преобразователь с традиционной синусоидальной модуляцией функционирует, исходя из определенной схемы переключения, что позволяет, в частности, обеспечить стабильную работу системы и минимизировать паразитные эффекты.

где , , , ,  и  – скважности открытого состояния соответствующих транзисторов , , , ,  и ;  – цифровой код, задающий амплитуду напряжения;

 – заданная частота напряжения на выходе инвертора;

– количество разрядов цифрового широтно-импульсного модулятора;

 – время.

Рисунок 1. Упрощенная силовая схема частотного преобразователя

Вдобавок силовые транзисторы  и , также как и пары ключей  и ,  и , работают каждый период широтно-импульсной модуляции в противофазе. На рисунке продемонстрированы управляющие сигналы, подаваемые каждый период ШИМ на силовые транзисторы, однако, высокий уровень напряжения соответствует открытому состоянию транзистора, а низкий – закрытому. Величины , , , ,  и  указывают временные интервалы открытого состояния соответствующих транзисторов.

Заключение:

В данном исследовании мы провели всесторонний аналитический разбор традиционной синусоидальной широтно-импульсной модуляции.