Система управления

В связи с тем, что транзисторы силового контура инвертора, как правило, работают в ключевом режиме, естественной формой выходного напряжения является прямоугольная. Такая форма удобна для нагрузок постоянного тока, получающих питание с выхода инвертора через выпрямитель и фильтр, так как при этом пульсации основной гармоники напряжения на входе фильтра невелики. Для ряда нагрузок переменного тока такая форма питающего напряжения или допустима (светильные и нагревательные устройства), или приемлема (электродвигатели, обмотки электромагнитов, реле и т.п.), поскольку первые безразличны к роду тока, а вторые сами обладают фильтрующими свойствами вследствие индуктивного характера эквивалентного сопротивления.

Согласно исследованиям при питании электродвигателей напряжением прямоугольной формы вращающий момент, перегрев обмотки, время пуска и другие основные характеристики электродвигателя незначительно отличаются от аналогичных характеристик при питании электродвигателей синусоидальным напряжением при условии равенства первых гармоник напряжений.

Для некоторых нагрузок переменного тока, например для сельсинов, поворотных трансформаторов и т.п., требуется чисто синусоидальная форма питающего напряжения, так как при наличии высших гармоник происходит сильное искажение регулировочных характеристик этих устройств в режиме, где близка к нулю первая гармоника.

Синусоидальная форма выходного напряжения наиболее универсальна, т.е. обеспечивает эффективную работу всех видов нагрузок переменного тока, а иногда становится целесообразной, и для нагрузок постоянного тока, так как обеспечивает коммутацию силовых транзисторов и диодов при токе, близком к нулю, уменьшает тем самым высокочастотные пульсации, радиопомехи и, следовательно, массу и габаритные размеры фильтрующих узлов в инверторе, потребителе и линии связи. При синусоидальной форме напряжения передача энергии на значительные расстояния по обычным проводным линиям не вызывает искажения формы напряжения.

Качество выходного напряжения, т.е. приближение его формы к синусоидальной, принято характеризовать прежде всего коэффициентом гармоник Kг, %, определяемым как отношение действующего значения высших гармоник к действующему значению первой (основной) гармоники, т.е.

,

где Un - действующее значение напряжения гармоники с номером n;

U1 - действующее значение напряжения первой гармоники, U - действующее значение выходного напряжения; nmin - номер ближайшей к основной высшей гармоники.

Иногда используют также критерий синусоидальности на напряжения в виде отношения U1/U, называемого коэффициентом искажения Kиск (6.2).

Согласно (6.1)

.

Таким образом, коэффициенты K1 и Kиск характеризуют один и тот же показатель - общее содержание высших гармоник, но не отражают сложность фильтрации (массогабаритных показателей фильтра), так как не учитывают расположение гармоник в частотном спектре. Предложение учесть данное обстоятельство с помощью КПД выделения гармоники, определяющего отношение мощности первой гармоники к мощности на выходе инвертора по все полосе частот, нельзя признать удачным, как его значения существенно зависит от cosφ нагрузки и при cosφ = 1 становится равным .

Наиболее эффективным критерием оценки синусоидальности является коэффициент гармоник Kг.ф для напряжения, получаемого на выходе стандартного фильтра с заданным параметром, подключенного к выходу инвертора. В качестве такого фильтра удобно принять простейший Г-образный LC-фильтр, а в качестве указанного параметра - его относительную частоту

ω* = ω/ω0= ω,

где ω0 - собственная частота фильтра; ω - рабочая частота фильтруемого напряжения (первой гармоники); L и C - индуктивность дросселя и емкость конденсатора фильтра соответственно.

тогда ω* = ω√LC, где ω = f = 400

,04 / 400 = √LC

LC = 6,76·10 (-6)

С = 0,5 мкФ

L = 12,5 мГн

Модуль коэффициента передачи фильтра по напряжению на частоте гармоники с номером n

.

С учетом (6.4) коэффициент гармоник напряжения на выходе фильтра

.

При этом коэффициент передачи фильтра по напряжению первой гармоники принят равным единице, что, как будет показано ниже, близко к получаемым в большинстве практических случаев значениям. Построив зависимости Kг.ф = f (ω*) для каждого исследуемого напряжения на выходе инвертора, можно объективно оценить качество напряжения. Чем ближе к оси ординат будет расположена эта зависимость, тем с меньшим значением относительной частоты ω* и, следовательно, с меньшей массой и габаритными размерами потребуется фильтр для обеспечения заданного значения Kг.ф. Из (6.5) видно, что значение ω* для данного значения Kг.ф будет тем меньше, чем выше номер ближайшей к основной высшей гармоники (nmin), т.е. качество выходного напряжения инвертора определяется не столько его коэффициентом гармоник Kг.ф, сколько количеством исключенных из спектра этого напряжения высших гармоник низкого порядка. Поэтому все рассматриваемые ниже методы формирования выходного напряжения в основном направлены на решение задачи исключения высших гармоник, ближайших к основной.

Интересное из раздела

Автоматическая система управления
В настоящее время широко используются микропроцессорные устройства и системы. Их назначение и область применения очень велика. Так, различного рода микропроцессорные сист ...

Расчет установившихся режимов линейных электрических цепей
Данная работа представляет собой обобщение работы, проведенной за время обучения теоретических основ электротехники. Фактически всю работу можно разделить н ...

Исследование и расчет цепей постоянного тока
ток генератор кирхгоф электрический 1) Измеряем Е1 и Е2 , показания заносим в таблицу 1.1. Таблица1.1- Параметры исследуемой цепи ...