Преобразователи частоты в системе регулирования скорости электропривода переменного тока. Преобразователь частоты с автономным инвертором напряжения и управляемым выпрямителем

Каждое из шести положений изображающего вектора рассматривается как самостоятельный «базовый вектор». Модуль каждого из этих векторов равен . Для базовых векторов вводятся обозначения  и , где индекс соответствует угловому сдвигу данного вектора от принятого за начальный . Каждая пара векторов ограничивает собой один из шести секторов, отмеченных цифрами от I до VI. Тогда переход от одного состояния схемы к другому можно рассматривать как переход от одного базового вектора к другому. Описание базовых векторов, включая два нулевых, приведено в табл.1. В ней указаны состояния ключей, значения фазных напряжений, соответствующих каждому базовому вектору, и код вектора.

Для того чтобы напряжение могло принимать значения, отличающиеся от значений, соответствующих базовым векторам, необходимо, чтобы изображающий напряжение вектор мог не только совпадать с базовыми векторами, но и занимать промежуточное положение между ними. На каждом периоде ШИМ это достигается переключениями ключей, состояния которых соответствуют двум базовым векторам, ограничивающим данный сектор. Значение напряжения на периоде ШИМ определяется при этом как среднее за период.

·  Поясним сказанное на примере напряжения фазы А на периодах ШИМ внутри сектора I, когда переключения осуществляются между векторами U₀ и U₆₀.Для упрощения рассмотрения  период ШИМ принят многократно большим, чем в реальной системе. Пусть он составляет 1/36 часть периода выходного напряжения преобразователя. При этом число переключений внутри сектора равно шести. Формы напряжения на шести периодах ШИМ, на которые по принятому условию делится участок °, соответствующий сектору I, показаны на рис.6.  Там же приведены средние напряжения на периоде ШИМ, определенные по выражению

,

где - период ШИМ, - коэффициент, показывающий, какую часть периода состояние схемы соответствует базовому вектору , а мгновенное значение напряжения фазы А равно . На рис.7,а показано как выглядит при этом среднее напряжение и приведены соответствующие каждому из средних значений изображающие векторы. Зная средние значения напряжения на периоде ШИМ (см. рис.6), и имея в виду, что они равны проекциям соответствующих изображающих векторов на вертикальную ось, легко определить модули этих векторов, которые для каждого вектора указаны на рисунке. Годограф концов векторов представляет собой прямую линию, соединяющую базовые векторы . Для сравнения в левой части рисунка показано и напряжение при ступенчатой коммутации, перенесенное с рис 5.

Аналогичное рассмотрение может быть проведено и для пяти других секторов с учетом того, что на секторе II переключения будут происходить между векторами U₆₀ и U₁₂₀, на секторе III - между U₁₂₀.и U₁₈₀ и т.д. В результате можно убедиться, что напряжение фазы А имеет вид, показанный на рис.7,б, а годограф концов изображающих векторов за период напряжения на выходе преобразователя представляет собой шестиугольник, построенный на базовых векторах. Штриховыми линиями изображена кривая фазного напряжения при высокой частоте коммутации, т.е. при , представляющая собой ломаную линию.

Для того, чтобы форма напряжения в максимальной степени приближалась к синусоиде, необходимо, чтобы годограф концов изображающих векторов представлял собой окружность, как это показано на рис. 8. При этом приходится принимать модуль всех изображающих векторов равным , т.е. равным модулю наименьшего из векторов, приведенных на рис.7,а. Тогда в рассматриваемом примере на периоде ШИМ от 30 до 40° напряжение будет таким, как показано для этого периода на рис.6.  На других периодах его среднее значение должно уменьшаться путем использования нулевых векторов, т.е. создания на периоде ШИМ отрезков времени, в течение которых напряжение на выходе преобразователя равно нулю в результате использования нулевого вектора при замкнутых ключах 1, 3, 5 или 2, 4, 6. На рис.8. показано напряжение фазы А, а также изображающие векторы, соответствующие значениям напряжения на периоде ШИМ.

Рядом фирм разработаны алгоритмы переключения базовых векторов на периоде ШИМ. В основу описываемого ниже алгоритма[1] положены определяемые