Трьохфазний транзисторний інвертор напруги з широтно – імпульсною модуляцією

Лабораторна робота № 6.

Трьохфазний транзисторний інвертор напруги

 з широтно – імпульсною модуляцією

    Трьохфазні автономні інвертори напруги виконують за мостовою схемою (рис. 6.1 ), яка складається з шести силових ключів К₁ – К₆ та шести діодів VD₁ – VD₆. Діоди включені зустрічно – паралельно з силовими ключами і виконують ту ж саму функцію, що і аналогічні діоди у однофазній схемі.

Рис. 6.1. Трьохфазний інверторний міст

Навантаження активно – індуктивного характеру включене зіркою (може використовуватися і включення трикутником). У якості силових вентилів можуть слугувати IGBT – транзистори.

Трьохфазні інвертори допускають ті ж засоби формування кривої вихідної напруги, що і однофазні.

На теперішній час відома велика кількість різноманітних засобів керування силовими ключами інвертору. Останнім часом у зв’язку зі значними досягненнями технології виготовлення силових транзисторів, практично всюди почали використовуватися алгоритми з синусоїдальною ШІМ.

Пакет Simulink ® Power System Blockset містить спеціалізований блок ШІМ генератору (PWM Generator).

Вікно настройки PWM Generator представлено на рис. 6.2.

У полі Generator Mode встановлюється тип схеми силового інвертору. В меню цього поля задається тип перетворювача, призначеного для інвертування постійної напруги.

У наступних полях задаються:

·  несуча частота (Carrier frequency);

·  глибина модуляції (Modulation index);

·  основна частота на виході інвертору (Frequency of output voltage);

·  початкова фаза вихідної напруги інвертору (Phase).

Рис. 6.3. Выкно настройки параметрів блоку PWM Generator

Встановленням прапорцю Internal generation of modulation signals включається внутрішня генерація сигналу модулювання.

    На рис. 6.3 представлена внутрішня структура блоку PWM Generator.

Рис. 6.3. Внутрішня структура блоку PWM Generator

Умовно схему можна розділити на три частини: внутрішній генератор синусоїдального сигналу моделювання та генератор несучої частоти (Fc); схема порівнювання та формування імпульсів; схема розподілення імпульсів.

Роботу генератору синусоїдального сигналу моделювання описує вираз Signal(t) = mindex×sin(2×pi×Freq×t + phase×pi/180 + Internal _ Phase), де

t – поточний час моделювання, який знімається з блоку Clock;

mindex – індекс модуляції (0<m<1);

Freq – частота синусоїдального сигналу;

Phase – фаза (у градусах);

Перемикач Switch здійснює переведення схеми (якщо знятий прапорець Internal generation of modulation signals) для роботи з зовнішнім сигналом моделювання, який надходить по лінії Signal(s).

Генератор несучої частоти Fc реалізований на блоці повторюваної послідовності Repeating  Sequence (Simulink→Sources). Форма сигналу показана на рис. 6.4 , де Fc – значення несучої частоти.

Рис. 6.4. Форма сигнала несучої частоти

    На блоках Relational Operator 1,2 [>=] зібрана схема порівняння та формування керуючих імпульсів.

Рис. 6.5. Осцилограми роботи блоку PWM Generator

Частина схеми, яка залишилася, формує необхідний вектор сигналу керування у залежності від обраного типу інверторного мосту.

На рис. 6.5 представлені осцилограми у контрольних точках блоку PWM Generator.

    На рис. 6.6 зображена модель трьохфазного інвертору напруги з синусоїдальною широтно – імпульсною модуляцією.

Рис. 6.6. Модель трьохфазного інвертору напруги

Інверторний міст модулюється блоком Universal Bridge (Power System Blockset→ Power Electronics). У параметрах цього блоку слід встановити: Number of Bridge Arms - 3, Port Configuration - ABC as output terminals, Power Electronic Device - IGBT / Diodes.

У блоці PWM Generator будемо використовувати внутрішню генерацію сигналу моделювання з частотою Freq = 50 Гц. Значення несучої частоти Carrier Frequency встановимо рівним 1000Гц. Індекс модуляції m = 0,8.

Навантаження активно – індуктивного характеру, з’єднане за схемою “зірка”, моделюється блоком 3-Phase Series RLC (Power System Blockset→Extra Library→Three Phase Library).

Для контролю амплітуди основної гармоніки лінійної напруги навантаження призначений блок Fourier (Power System Blockset→Extra Library→Measurements). Цей блок дозволяє дослідити спектр вихідного сигналу. Завдання основної частоти та номеру гармоніки, яка досліджується, виконується у полях Fundumental Frequency і Harmonic відповідно.

На рис. 6.7 показаний приклад моделювання трьохфазного інвертору з широтно – імпульсною модуляцією.

Рис. 6.7. Приклад моделювання

Виконання лабораторної роботи:

Дослідити модель АІН з ШІМ. Привести зовнішні характеристики інвертору. Дослідити вплив значення несучої частоти та індексу модуляції на форми вихідної напруги та струму. За допомогою блоку Fourier провести гармонійний аналіз лінійної напруги та фазного струму навантаження.