Автономний транзисторний інвертор напруги (однофазний варіант)

Лабораторна робота № 4.

Автономний транзисторний інвертор напруги (однофазний варіант)

Автономні інвертори – прилади, що перетворюють постійний струм у перемінний з незмінною або регульованою частотою та працюючих на автономне (не пов’язане з мережею змінного струму) навантаження. У цьому головна відмінність автономних інверторів від керованих інверторів, також перетворюючих постійний струм у перемінний, але працюючих на сіть змінного стуму. Навантаженням автономного інвертору може бути одиничний користувач (синхронний двигун, електрична установка) або розгалужена мережа користувачів (декілька навантажень, працюючих по своєму розкладу).

    Основою автономного інвертору є вентильний перемикаючий прилад. Модель однофазного мостового перемикаючого приладу представлена на рис. 4.1. У якості вентилів використані польові транзистори Mosfet, шунтовані діодами. Представимо перемикаючий прилад у вигляді підсистеми. Керування всіма ключами будемо здійснювати векторним сигналом по одній лінії pulses. Функцію перетворення векторного сигналу у скалярні сигнали виконує блок Demux (Simulink→ Signals & Systems).

Рис. 4.1. Вентильний перемикаючий прилад,

 реалізований у вигляді підсистеми

Формування кривої вихідної напруги здійснюється шляхом використання відповідного закону (алгоритму) перемикання ключів.

Розглянемо засоби формування та регулювання вихідної напруги однофазних автономних інверторів напруги (АІН).

Формування кривої вихідної напруги інвертору у вигляді імпульсів з чергуванням полярності та однаковою тривалістю

    Формування кривої вихідної напруги потребує відпирання по черзі силових ключів к₁, к₂ та к₃, к₄, що лежать навхрест, так що кожний з них відчинений протягом y = 180° (рис. 4.2. ).

Рис. 4.2. Алгорітм перемикання силових вентилів АІН 

Керуюча схема представлена на рис. 4.3.

    Послідовність імпульсів зі шпаруватістю 2  (рос.—"скважность") (тривалість імпульсу дорівнює паузі між імпульсами) виробляє тактовий генератор Pulse Generator (Simulink→Sources). Безпосередньо сигнал з тактового генератора подається на ключі к₁, к₂, ключі ж к₃, к₄ підключені до генератору через інвертор. Інвертор зібраний на трьох блоках: два з них (Data Type Convertion) призначені для перетворення формату даних, третій Logical Operator [not] є логічним запереченням. Алгоритм роботи інвертору можна представити наступною послідовністю: Double ® Boolean ® Logical not ® double.

Рис. 4.3. Схема керування

          Часові діаграми керуючої схеми представлені на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Часові діаграми роботи схеми керування

Схему керування необхідно зібрати у вигляді підсистеми (рис. 4.5. ). Компонування скалярних сигналів здійснює блок Mux (Simulink→ Signals & Systems).

Рис. 4.5. Схема керування у вигляді підсистеми

Модель однофазного АІН зображена на рис. 4.6., де Subsystem1 – підсистема керування ключами (рис 4.5.), Subsystem2 – підсистема перемикаючого приладу (рис. 4.1.).

У сталому режимі крива струму активно – індуктивного навантаження симетрична і складається з частин експонент з постійною часу  (рис. 4.7.).

Слід звернути увагу, що регулювання вихідної напруги можливо лише шляхом зміни напруги джерела.

Рис. 4.6. Модель однофазного АІН

Рис. 4.7. Часові діаграми роботи АІН

Широтно – імпульсний засіб формування та

 регулювання вихідної напруги інвертору

При широтно – імпульсному засобі формування та регулювання (ШІР) крива вихідної напруги складається протягом періоду з к імпульсів тривалістю t_і (рис. 4.8. ), при к/2 однополярних імпульсах у кожній з його напівхвиль (тут к = 2, 4, 6, ...). Шляхом зміни тривалості імпульсів здійснюється регулювання вихідної напруги, у тому числі діючого значення його першої гармоніки. Розглянемо більш прості випадки, коли к = 2.

Рис. 4.8. Форма кривої вихідної напруги АІН

при широтно-імпульсному регулюванні

ШІР із залежною від параметрів навантаження формою кривої вихідної напруги

Цей різновид ШІР здійснюється зміною тривалості відкритого стану ключів y від 0° до 180° (рис. 4.9.).

Рис. 4.9. Алгорітм перемикання силових вентилів АІН при ШІР

Схема керування таким інвертором при к = 2 представлена на рис. 4.10.

Генератором задавання є блок Signal Generator (Simulink→Sources). У його параметрах слід встановити синусоїдальну форму sine сигналу з частотою 50 Гц. Блок Gain з коефіцієнтом підсилення, який дорівнює –1, виконує роль інвертору вхідного сигналу. На входи блоку Mux (Simulink→ Signals & Systems) одночасно надходять два взаємно інверсних сигнали (кут зсуву фаз між якими j = 180°). Цей блок на своєму виході формує вектор сигналу з кількістю елементів вектору р = 2.