В реальных установках, вследствие дискретности микропроцессорных устройств управления, напряжения управления имеют ступенчатую форму с «гладкими» составляющими, близкими по форме к синусоиде. Длительность цикла работы микропроцессорных систем управления Aty во многих случаях принимается равной периоду пилообразного напряжения. В пределах этого периода напряжения управления всех фаз неизменны.
В моменты равенства опорного напряжения и напряжений управления осуществляются переключения транзисторов. Существует минимально допустимое время переключения транзисторов, которое несколько сужает активную зону опорного напряжения (участвующую в формировании импульсов управления) на величину Аиоп сверху и снизу. Если амплитуду опорного напряжения принять равной 1, то активная зона напряжений управления находится в пределах от -1+Аиоп до 1-Аиоп.
Если напряжение управления какой-либо фазы находится в активной зоне пилообразного напряжения, то в течение периода Топ в данной фазе происходит одно включение и одно выключение транзистора с соответствующими переключениями токов, одно включение и одно выключение обратного диода, а также одно включение и одно выключение транзистора без тока. Если напряжение управления выходит за пределы активной зоны пилообразного напряжения, то в данной фазе на данном периоде вентили не переключаются, если ток фазы нагрузки не изменяет знак.
При работе в режиме ШИМ «гладкие» составляющие выходных напряжений, которые *частотный преобразователь* показывает в первом приближении подобны напряжениям управления фаз (при условии постоянства напряжения конденсатора в цепи постоянного тока).
В рассматриваемом случае АИН работает в режиме перемодуляции.
На тех отрезках времени, на которых напряжения управления выходят за пределы рабочей зоны опорного напряжения, переключения вентилей управляющими импульсами не производятся. На этих участках фактические напряжения управления могут быть представлены прямыми линиями, проходящими по границам рабочей зоны на уровне -1+Аиоп или 1-Диоп. При этом, фактическое напряжение управления uoy1 приближается по форме к трапеции.
При работе в режиме перемодуляции «гладкие» составляющие выходных напряжений инвертора в первом приближении подобны указанным трапецеидальным (усеченным) напряжениям управления фаз.
При дальнейшем увеличении амплитуды напряжения управления uy1 трапецеидальное напряжение иоу1 приближается к прямоугольной форме. АИН переходит в режим работы при фазной коммутации.
В режимах перемодуляции и фазной коммутации амплитуда основных гармонических составляющих напряжений управления может быть больше 1. Соответственно в выходных напряжениях *преобразователь частоты* показывает, что амплитуда основных составляющих превышает амплитуду «гладких» составляющих.
В одном из возможных вариантов построения системы управления используется регулятор действующего тока нагрузки. Для этого варианта системы должны быть определены заданный действующий ток и фактический действующий ток нагрузки.
Фактический действующий ток трехфазной нагрузки определяется в процессе расчета мгновенных значений переменных: где A и B - промежуточные переменные, T - постоянная времени апериодического фильтра.
По представленному описанию двухуровневого АИН разработана программа расчета на ЭВМ электромагнитных процессов.
Линейное напряжение u12 равно разности фазных напряжений ui-u2. Остальные обозначения переменных приняты такими же. Установившийся режим работы получен в результате затухания переходного процесса, возникшего после включения инвертора.
Видна характерная особенность рассматриваемого процесса - частота наибольших высших гармонических составляющих выпрямленного тока и тока конденсатора 4000 Гц, то есть равна удвоенной частоте пилообразного напряжения. В напряжениях нагрузки с частотой основных составляющих 50 Гц высшие гармонические составляющие наиболее значительны на частотах 4000-50=3950 Гц и 4000+50=4050 Гц.
Из представленных расчетов видно, что для систем с двухуровневыми АИН характерны значительные пульсации напряжения на стороне трехфазной нагрузки. Эти пульсации существуют на повышенной частоте, определяемой частотой пилообразного напряжения.
При работе инверторов с перемодуляцией выходные напряжения имеют трапецеидальную форму, и в них присутствуют высшие гармонические составляющие, частота которых кратна основной частоте.
Другая характерная особенность систем с двухуровневыми АИН заключается в том, что максимальное напряжение на стороне переменного тока ограничено.
Необходимо также отметить, что системы с двухуровневыми АИН изготавливаются на сравнительно низкое напряжение, которое определяется номинальным напряжением используемых транзисторных модулей.
В моменты равенства опорного напряжения и напряжений управления осуществляются переключения транзисторов. Существует минимально допустимое время переключения транзисторов, которое несколько сужает активную зону опорного напряжения (участвующую в формировании импульсов управления) на величину Аиоп сверху и снизу. Если амплитуду опорного напряжения принять равной 1, то активная зона напряжений управления находится в пределах от -1+Аиоп до 1-Аиоп.
Если напряжение управления какой-либо фазы находится в активной зоне пилообразного напряжения, то в течение периода Топ в данной фазе происходит одно включение и одно выключение транзистора с соответствующими переключениями токов, одно включение и одно выключение обратного диода, а также одно включение и одно выключение транзистора без тока. Если напряжение управления выходит за пределы активной зоны пилообразного напряжения, то в данной фазе на данном периоде вентили не переключаются, если ток фазы нагрузки не изменяет знак.
При работе в режиме ШИМ «гладкие» составляющие выходных напряжений, которые *частотный преобразователь* показывает в первом приближении подобны напряжениям управления фаз (при условии постоянства напряжения конденсатора в цепи постоянного тока).
В рассматриваемом случае АИН работает в режиме перемодуляции.
На тех отрезках времени, на которых напряжения управления выходят за пределы рабочей зоны опорного напряжения, переключения вентилей управляющими импульсами не производятся. На этих участках фактические напряжения управления могут быть представлены прямыми линиями, проходящими по границам рабочей зоны на уровне -1+Аиоп или 1-Диоп. При этом, фактическое напряжение управления uoy1 приближается по форме к трапеции.
При работе в режиме перемодуляции «гладкие» составляющие выходных напряжений инвертора в первом приближении подобны указанным трапецеидальным (усеченным) напряжениям управления фаз.
При дальнейшем увеличении амплитуды напряжения управления uy1 трапецеидальное напряжение иоу1 приближается к прямоугольной форме. АИН переходит в режим работы при фазной коммутации.
В режимах перемодуляции и фазной коммутации амплитуда основных гармонических составляющих напряжений управления может быть больше 1. Соответственно в выходных напряжениях *преобразователь частоты* показывает, что амплитуда основных составляющих превышает амплитуду «гладких» составляющих.
В одном из возможных вариантов построения системы управления используется регулятор действующего тока нагрузки. Для этого варианта системы должны быть определены заданный действующий ток и фактический действующий ток нагрузки.
Фактический действующий ток трехфазной нагрузки определяется в процессе расчета мгновенных значений переменных: где A и B - промежуточные переменные, T - постоянная времени апериодического фильтра.
По представленному описанию двухуровневого АИН разработана программа расчета на ЭВМ электромагнитных процессов.
Линейное напряжение u12 равно разности фазных напряжений ui-u2. Остальные обозначения переменных приняты такими же. Установившийся режим работы получен в результате затухания переходного процесса, возникшего после включения инвертора.
Видна характерная особенность рассматриваемого процесса - частота наибольших высших гармонических составляющих выпрямленного тока и тока конденсатора 4000 Гц, то есть равна удвоенной частоте пилообразного напряжения. В напряжениях нагрузки с частотой основных составляющих 50 Гц высшие гармонические составляющие наиболее значительны на частотах 4000-50=3950 Гц и 4000+50=4050 Гц.
Из представленных расчетов видно, что для систем с двухуровневыми АИН характерны значительные пульсации напряжения на стороне трехфазной нагрузки. Эти пульсации существуют на повышенной частоте, определяемой частотой пилообразного напряжения.
При работе инверторов с перемодуляцией выходные напряжения имеют трапецеидальную форму, и в них присутствуют высшие гармонические составляющие, частота которых кратна основной частоте.
Другая характерная особенность систем с двухуровневыми АИН заключается в том, что максимальное напряжение на стороне переменного тока ограничено.
Необходимо также отметить, что системы с двухуровневыми АИН изготавливаются на сравнительно низкое напряжение, которое определяется номинальным напряжением используемых транзисторных модулей.