Трехфазный инвертор — режим проводимости 180 градусов
Эта техническая статья иллюстрирует работу трехфазного инвертора силовой электроники в режиме проводимости 180 градусов. Для облегчения понимания показана работа шести тиристоров и соответствующие формы сигналов.
Трехфазные инверторы в основном используются в устройствах средней и высокой мощности. Современные трехфазные инверторы используются для точного управления промышленными приводами, фотоэлектрическими генераторами энергии , приводами двигателей и многими другими. Эти инверторы также предлагают дополнительные функции, такие как контроль напряжения и контроль частоты.
В трехфазных инверторах используется как минимум шесть тиристорных переключателей, как показано на рис. 1. Такой преобразователь силовой электроники преобразует входной сигнал постоянного тока в выходной трехфазный переменный ток.
Рис. 1. Принципиальная схема трехфазного инвертора. Изображение предоставлено Ракешем Кумаром, доктором философии.
Обычный трехфазный инвертор, показанный на рис. 1, имеет шесть тиристорных переключателей с нагрузкой, соединенной звездой, и нейтралью (n) в центре. Названия тиристоров основаны на способе их работы, что облегчает понимание.
Инвертор имеет три ноги, каждая из которых имеет два тиристора. Тиристоры в верхней ветви имеют нечетные номера, а в нижней — четные. Нагрузка, подключенная звездой, отводится в средней точке каждой ветви, где встречаются два тиристора.
Этапы в режиме проводимости 180 градусов трехфазного инвертора
На рис. 2 показан период проводимости различных тиристоров в течение каждого 60-градусного интервала общего 360-градусного цикла. Таким образом, существует шесть режимов работы. Можно заметить, что каждый тиристор проводит ток 3*60 градусов, что непрерывно составляет 180 градусов.
Тиристорная пара на каждой ноге сдвинута по фазе на 180 градусов. Это означает, что в любой заданный период времени включается только один тиристор в каждой ноге. Другое наблюдение заключается в том, что каждый тиристор сдвинут по фазе на 120 градусов, причем его непосредственно соседний тиристор находится на соседнем плече.
Рис. 2. Периоды работы тиристоров для каждых 60 градусов в режиме проводимости 180 градусов трехфазного инвертора. Изображение предоставлено Ракешем Кумаром, доктором философии.
Режим работы 1 — от 0 до 60 градусов [M1]
Режим 1 соответствует периоду от 0 до 60 градусов. В этот период включаются тиристоры Т1, Т5 и Т6. Это можно увидеть на рис. 3.
Со стороны нагрузки ток поступает в фазу а и фазу с и уходит через фазу b. Его эквивалентная схема приведена в правой части рис. 3.
При применении правила деления напряжения фазные напряжения будут следующими:
Ван = Вин/3 (1)
Vbn = -2*Vin/3 (2)
Вкн = Вин/3 (3)
Линейные напряжения следующие:
Ваб = Ван – Вбн = Вин (4)
Vbc = Vbn - Vcn = -Vin (5)
Вца = Вкн - От = 0 (6)
Рис. 3. Работа трехфазного инвертора в режиме 1 в режиме проводимости 180 градусов. Изображение предоставлено Ракешем Кумаром, доктором философии.
Режим работы 2 — от 60 до 120 градусов [M2]
Режим 2 соответствует периоду от 60 до 120 градусов. В этот период тиристоры Т1, Т2 и Т6 включены. Это можно увидеть на рис. 4.
Со стороны нагрузки ток входит в фазу а и выходит через фазу b и фазу с. Его эквивалентная схема приведена в правой части рис. 4.
При применении правила деления напряжения фазные напряжения будут следующими:
Ван = 2*Вин/3 (7)
Vbn = -Vin/3 (8)
Вкн = -Вин/3 (9)
Линейные напряжения следующие:
Ваб = Ван – Вбн = Вин (10)
Vbc = Vbn - Vcn = 0 (11)
Вца = Всп - Ван = -Вин (12)
Рис. 4. Режим 2 работы трехфазного инвертора в режиме проводимости 180 градусов. Изображение предоставлено Ракешем Кумаром, доктором философии.
Режим работы 3 — от 120 до 180 градусов [M3]
Режим 3 соответствует периоду от 120 до 180 градусов. В этот период тиристоры Т1, Т2 и Т3 включены. Это можно увидеть на рис. 5.
Со стороны нагрузки ток поступает в фазу а и фазу b и уходит через фазу с. Его эквивалентная схема приведена в правой части рис. 5.
При применении правила деления напряжения фазные напряжения будут следующими:
Ван = Вин/3 (13)
Vbn = Vin/3 (14)
Vcn = -2*Vin/3 (15)
Линейные напряжения следующие:
Ваб = От - Вбн = 0 (16)
Вбк = Вбн - Всп = Вин (17)
Вца = Всп - Ван = -Вин (18)
Рис. 5. Работа трехфазного инвертора в режиме 3 в режиме проводимости 180 градусов. Изображение предоставлено Ракешем Кумаром, доктором философии.
Режим работы 4 — от 180 до 240 градусов [M4]
Режим 4 соответствует периоду от 180 до 240 градусов. В этот период тиристоры Т2, Т3 и Т4 включены. Это можно увидеть на рис. 6.
Со стороны нагрузки ток входит в фазу b и выходит через фазу a и фазу c. Его эквивалентная схема приведена в правой части рис. 6.
При применении правила деления напряжения фазные напряжения будут следующими:
Ван = -Вин/3 (19)
Vbn = 2*Vin/3 (20)
Вкн = -Вин/3 (21)
Линейные напряжения следующие:
Ваб = Ван – Вбн = -Вин (22)
Вбк = Вбн - Всп = Вин (23)
Вца = Вкн - От = 0 (24)
Рис. 6. Работа трехфазного инвертора в режиме 4 в режиме проводимости 180 градусов. Изображение предоставлено Ракешем Кумаром, доктором философии.
Режим работы 5 — от 240 до 300 градусов [M5]
Режим 5 соответствует периоду от 240 до 300 градусов. В этот период включаются тиристоры Т3, Т4 и Т5. Это можно увидеть на рис. 7.
Со стороны нагрузки ток поступает в фазу b, а фаза c выходит через фазу a. Его эквивалентная схема приведена в правой части рис. 7.
При применении правила деления напряжения фазные напряжения будут следующими:
Ван = -2*Вин/3 (25)
Vbn = Vin/3 (26)
Вкн = Вин/3 (27)
Линейные напряжения следующие:
Ваб = Ван – Вбн = -Вин (28)
Vbc = Vbn - Vcn = 0 (29)
Вца = Вкн – Ван = Вин (30)
Рис. 7. Работа трехфазного инвертора в режиме 5 в режиме проводимости 180 градусов. Изображение предоставлено Ракешем Кумаром, доктором философии.
Режим работы 6 — от 300 до 360 градусов [M6]
Режим 6 соответствует периоду от 300 до 360 градусов. В этот период включаются тиристоры Т4, Т5 и Т6. Это можно увидеть на рис. 8.
Со стороны нагрузки ток входит в фазу c и выходит через фазу a и фазу b. Его эквивалентная принципиальная схема помещена в правой части рис. 8.
При применении правила деления напряжения фазные напряжения будут следующими:
Ван = -Вин/3 (31)
Vbn = -Vin/3 (32)
Вкн = 2*Вин/3 (33)
Линейные напряжения следующие:
Ваб = От - Вбн = 0 (34)
Вбк = Вбн - Всп = -Вин (35)
Вца = Вкн - Ван = Вин (36)
Рис. 8. Работа трехфазного инвертора в режиме 6 в режиме проводимости 180 градусов. Изображение предоставлено Ракешем Кумаром, доктором философии.
Формы выходного фазного напряжения трехфазного инвертора
На рис. 9 показаны формы сигналов напряжения между фазой и нейтралью нагрузки за один цикл (360 градусов). Можно заметить, что форма отдельного сигнала фазного напряжения меняется ступенчато в течение каждой фазы в 60 градусов.
Другое наблюдение заключается в том, что каждая из форм напряжения между фазой и нейтралью сдвинута по фазе на 120 градусов. Все три формы сигнала, вместе взятые, предполагают трехфазный выходной сигнал.
Рис. 9. Форма сигнала фаза-нейтраль трехфазного инвертора в режиме проводимости 180 градусов. Изображение предоставлено Ракешем Кумаром, доктором философии.
Формы выходного межфазного напряжения трехфазного инвертора
На рис. 10 показаны формы сигналов линейного напряжения нагрузки за один цикл (360 градусов). Можно заметить, что отдельная форма сигнала междуфазного напряжения непрерывна в течение 120 градусов, за которой следует нулевое напряжение.
Другое наблюдение заключается в том, что каждая форма сигнала линейного напряжения также сдвинута по фазе на 120 градусов, как и форма сигнала напряжения между фазой и нейтралью.
Рис. 10. Линейные формы сигналов трехфазного инвертора в режиме проводимости 180 градусов. Изображение предоставлено Ракешем Кумаром, доктором философии.
Чтобы обобщить всю статью в одной картинке, см. рис. 11, где GIF иллюстрируется в виде анимации, показывающей все шесть режимов работы.
Рис. 11. GIF-изображение, иллюстрирующее все шесть режимов работы трехфазного инвертора в режиме проводимости на 180 градусов. Изображение предоставлено Ракешем Кумаром, доктором философии.
Статьи по теме
Обзор методов генерации и управления ветровыми турбинами
Трехфазный резонансный преобразователь WBG, интегрированный с трансформатором обмотки печатной платы
Оптимизация энергообмена с помощью технологии «автомобиль-сеть»
Революция в автомобильной тяге: комплексный обзор многофазных приводов для транспортных средств следующего поколения
Анализ инверторов тока с использованием высокочастотных переключателей WBG
УФ-датчики уровня жидкости на основе GaN для прямых и непрерывных измерений
Руководство по выбору идеального микрофона для ваших аудио потребностей
Вызовы и проблемы в инфраструктуре Smart Grid
Электронные компоненты в умных часах
Будущее автоматизированного и аддитивного производства силовой электроники
Достижения и проблемы высокочастотных преобразователей
