Трифазна схема інвертора

Всі ми знаємо про інвертор - це пристрій, який перетворює постійний струм в змінний. І раніше ми дізналися про різні типи інверторів і побудували однофазний інвертор від 12 до 220 в. 3-фазний інвертор перетворює постійну напругу в 3-фазне джерело змінного струму. У цьому підручнику ми дізнаємося про трифазний інвертор та його роботу, але перед тим, як продовжувати далі, давайте подивимось на форми сигналів напруги трифазної лінії. У наведеній вище схемі трифазна лінія підключена до резистивного навантаження, і навантаження черпає живлення від лінії. Якщо ми намалюємо сигнали напруги для кожної фази, то ми отримаємо графік, як показано на малюнку. На графіку ми бачимо, що три форми напруги напруги не входять у фазу між собою на 120 °.

У цій статті ми обговоримо схему 3-фазного інвертора, яка використовується як перетворювач змінного струму в 3-фазний. Пам’ятайте, що навіть у сучасні дні досягти абсолютно синусоїдальної форми сигналу при різних навантаженнях надзвичайно складно і не практично. Отже, тут ми обговоримо роботу ідеальної схеми трифазного перетворювача, нехтуючи всіма питаннями, пов’язаними з практичним 3-фазним інвертором.

Працює 3-фазний інвертор

А тепер давайте розглянемо 3-фазну схему інвертора та її ідеальну спрощену форму.

Нижче наведена трифазна схема електричного інвертора, розроблена з використанням тиристорів та діодів (для захисту від стрибків напруги)

А нижче - трифазна схема електричного інвертора, розроблена з використанням лише вимикачів. Як бачите, ця шестимеханічна установка перемикача є більш корисною для розуміння роботи 3-фазного інвертора, ніж громіздка тиристорна схема.

Що ми тут зробимо, це відкрити і симетрично закрити ці шість перемикачів, щоб отримати трифазну вихідну напругу для резистивного навантаження. Існує два можливі способи спрацьовування перемикачів для досягнення бажаного результату, один, при якому перемикачі ведуть на 180º, а інший, коли перемикачі ведуть лише на 120º. Давайте обговоримо кожен шаблон нижче:

A) Трифазний інвертор - режим провідності 180 градусів

Ідеальна схема намальована перед тим, як її можна розділити на три сегменти, а саме сегмент один, сегмент два та сегмент три, і ми використаємо ці позначення в наступному розділі статті. Перший сегмент складається з пари перемикачів S1 & S2, другий сегмент складається з пари перемикання S3 & S4, а третій сегмент складається з пари перемикачів S5 & S6. У будь-який момент часу обидва перемикача в одному сегменті ніколи не повинні бути зачинені, оскільки це призводить до короткого замикання батареї, що відмовляє в усьому налаштуванні, тому цього сценарію слід уникати завжди.

Тепер почнемо послідовність перемикань, закривши перемикач S1 у першому сегменті ідеального ланцюга, і назвемо старт 0º. Оскільки вибраний час проведення 180º, перемикач S1 буде закритий від 0º до 180º.

Але після 120 ° першої фази друга фаза також матиме позитивний цикл, як видно на трифазному графіку напруги, тому перемикач S3 буде закритий після S1. Цей S3 також буде триматися закритим ще на 180º. Отже, S3 буде закритий зі 120º до 300º, і він буде відкритий лише після 300º.

Аналогічно, третя фаза також має позитивний цикл після 120º позитивного циклу другої фази, як показано на графіку на початку статті. Таким чином, перемикач S5 буде закритий після 120º S3, тобто 240º. Після того, як перемикач закритий, він буде триматися закритим на 180 ° перед відкриттям, при цьому S5 буде закритий з 240º до 60º (другий цикл).

До цього часу все, що ми робили, було припускати, що проведення проводиться після того, як перемикачі верхнього шару закриті, але для подачі струму з ланцюга необхідно завершити. Крім того, пам’ятайте, що обидва перемикача в одному сегменті ніколи не повинні знаходитися в закритому режимі одночасно, тому, якщо один перемикач закритий, тоді інший повинен бути відкритим.

Для задоволення вищезазначених обох умов ми закриємо S2, S4 і S6 у наперед визначеному порядку. Тож лише після того, як S1 відкриється, нам доведеться закрити S2. Подібним чином, S4 буде закритий після того, як S3 відкриється на 300 °, і таким же чином S6 буде закритий після того, як S5 завершить цикл провідності. Цей цикл перемикання між перемикачами того самого сегмента можна побачити нижче на малюнку. Тут S2 слідує за S1, S4 - за S3, а S6 - за S5.

Дотримуючись цього симетричного перемикання, ми можемо досягти бажаної трифазної напруги, представленої на графіку. Якщо ми заповнимо початкову послідовність перемикань у наведеній вище таблиці, ми отримаємо повну схему перемикання для режиму провідності 180º, як показано нижче.

З наведеної таблиці ми можемо зрозуміти, що:

З 0-60: S1, S4 і S5 закриваються, а решта три перемикача відкриваються.

З 60-120: S1, S4 & S6 закриваються, а решта три перемикача відкриваються.

З 120-180: S1, S3 і S6 закриваються, а решта три перемикача відкриваються.

І послідовність перемикань триває так. Тепер намалюємо спрощену схему для кожного кроку, щоб краще зрозуміти поточні параметри потоку та напруги.

Крок 1: (для 0-60) S1, S4 і S5 закриті, тоді як решта три перемикача розімкнені. У такому випадку спрощена схема може бути такою, як показано нижче.

Отже для 0 до 60: Vao = Vco = Vs / 3; Vbo = -2Вс / 3

Використовуючи їх, ми можемо отримати лінійні напруги як:

Vab = Vao - V bo = Vs Vbc = Vbo - Vco = -Vs Vca = Vco - Vao = 0

Крок 2: (для 60-120) S1, S4 і S6 закриті, тоді як решта три перемикачі розімкнені. У такому випадку спрощена схема може бути такою, як показано нижче.

Отже, для 60-120: Vbo = Vco = -Vs / 3; Vao = 2В / 3

Використовуючи їх, ми можемо отримати лінійні напруги як:

Vab = Vao - Vbo = Vs Vbc = Vbo - Vco = 0 Vca = Vco - Vao = -Vs

Крок 3: (для 120-180) S1, S3 і S6 закриті, тоді як решта три перемикачі відкриті. У такому випадку спрощену схему можна намалювати, як показано нижче.

Отже, від 120 до 180: Vao = Vbo = Vs / 3; Vco = -2Вс / 3

Використовуючи їх, ми можемо отримати лінійні напруги як:

Vab = Vao - V bo = 0 Vbc = Vbo - Vco = Vs Vca = Vco - Vao = -Vs

Подібним чином ми можемо отримати фазні напруги та напруги на лінії для наступних кроків у послідовності. І це може бути показано на малюнку, наведеному нижче:

A) Трифазний інвертор - режим провідності 120 градусів

Режим 120º схожий на 180º у всіх аспектах, крім часу замикання кожного перемикача зменшено до 120, що було 180 раніше.

Як зазвичай, давайте почнемо послідовність перемикань із закриття перемикача S1 ​​у першому сегменті і буде стартовим номером до 0º. Оскільки вибраний час проведення становить 120º, перемикач S1 буде відкритий через 120º, тому S1 було закрито від 0º до 120º.

Оскільки напівперіод синусоїдального сигналу переходить від 0 до 180º, протягом часу, що залишився, S1 буде відкритим і представлений сірою зоною вище.

Тепер після 120º першої фази, друга фаза також матиме позитивний цикл, як згадувалося раніше, тому перемикач S3 буде закритий після S1. Цей S3 також буде триматися закритим ще на 120º. Таким чином, S3 буде закритий від 120º до 240º.

Подібним чином, третя фаза також має позитивний цикл після 120º позитивного циклу другої фази, тому перемикач S5 буде закритий після 120º S3 замикання. Після того, як перемикач закритий, він буде триматися зачиненим на 120 градусів перед тим, як його відкрити, і при цьому перемикач S5 буде закритий з 240º до 360º

Цей цикл симетричного перемикання буде продовжений для досягнення бажаної трифазної напруги. Якщо ми заповнимо початкову та кінцеву послідовності перемикань у наведеній вище таблиці, ми отримаємо повну схему перемикання для режиму провідності 120º, як показано нижче.

З наведеної таблиці ми можемо зрозуміти, що:

З 0-60: S1 і S4 закриваються, тоді як інші перемикачі відкриваються.

З 60-120: S1 і S6 закриваються, тоді як інші перемикачі відкриваються.

З 120-180: S3 і S6 закриті, тоді як інші перемикачі відкриті.

З 180-240: S2 і S3 закриваються, тоді як інші перемикачі відкриваються

З 240-300: S2 і S5 закриваються, тоді як інші перемикачі відкриваються

З 300-360: S4 і S5 закриваються, тоді як інші перемикачі відкриваються

І ця послідовність кроків триває так. Тепер намалюємо спрощену схему для кожного кроку, щоб краще зрозуміти поточні параметри потоку та напруги 3-фазної схеми інвертора.

Крок 1: (для 0-60) S1, S4 закриті, тоді як решта чотири перемикача відкриті. У такому випадку спрощена схема може бути показана, як показано нижче.

Отже для 0 до 60: Vao = Vs / 2, Vco = 0; Vbo = -Vs / 2

Використовуючи їх, ми можемо отримати лінійні напруги як:

Vab = Vao - V bo = Vs Vbc = Vbo - Vco = -Vs / 2 Vca = Vco - Vao = -Vs / 2

Крок 2: (для 60-120) S1 і S6 закриті, а решта перемикачів відкриті. У такому випадку спрощена схема може бути показана, як показано нижче.

Отже, для 60-120: Vbo = 0, Vco = -Vs / 2 & Vao = Vs / 2

Використовуючи їх, ми можемо отримати лінійні напруги як:

Vab = Vao - Vbo = Vs / 2 Vbc = Vbo - Vco = Vs / 2 Vca = Vco - Vao = -Vs

Крок 3: (для 120-180) S3 і S6 закриті, а решта перемикачів відкриті. У такому випадку спрощена схема може бути показана, як показано нижче.

Отже, для 120-180: Vao = 0, Vbo = Vs / 2 & Vco = -Vs / 2

Використовуючи їх, ми можемо отримати лінійні напруги як:

Vab = Vao - V bo = -Vs / 2 Vbc = Vbo - Vco = Vs Vca = Vco - Vao = -Vs / 2

Подібним чином ми можемо отримати фазні напруги та напруги на лінії для наступних майбутніх кроків. І якщо ми намалюємо графік для всіх кроків, то ми отримаємо щось подібне нижче.

На графіках виходу як випадків переключення 180º, так і 120º видно, що ми досягли змінної трифазної напруги на трьох вихідних клем. Хоча вихідна форма сигналу не є чистою синусоїдою, вона дійсно нагадувала трифазну форму напруги. Це проста ідеальна схема та приблизна форма сигналу для розуміння роботи 3-фазного інвертора. Ви можете розробити робочу модель, засновану на цій теорії, використовуючи тиристори, схеми комутації, управління та захисту.