Трифазна верига на инвертора

Всички знаем за инвертора - това е устройство, което преобразува DC в AC. И преди това научихме за различни видове инвертори и изградихме еднофазен инвертор 12v до 220v. 3-фазният инвертор преобразува постояннотоковото напрежение в 3-фазно AC захранване. Тук в този урок ще научим за трифазния инвертор и неговата работа, но преди да продължим, нека да разгледаме формите на напрежението на трифазната линия. В горната схема трифазна линия е свързана към резистивен товар и натоварването черпи енергия от линията. Ако нарисуваме вълновите форми на напрежението за всяка фаза, ще имаме графика, както е показано на фигурата. На графиката можем да видим, че три вълнови форми на напрежение са извън фаза помежду си със 120º.

В тази статия ще обсъдим 3-фазната верига на инвертора, която се използва като DC към 3-фазен AC преобразувател. Не забравяйте, че дори в съвременните дни постигането на напълно синусоидална форма на вълната за различни натоварвания е изключително трудно и не е практично. Така че тук ще обсъдим работата на идеална схема на трифазен преобразувател, пренебрегвайки всички въпроси, свързани с практичния 3-фазен инвертор.

3-фазен инвертор работи

Сега нека разгледаме 3-фазната верига на инвертора и нейната идеална опростена форма.

По-долу е дадена трифазна схема на инвертора, проектирана с помощта на тиристори и диод (за защита от скок на напрежението)

И по-долу има трифазна схема на инвертора, проектирана с помощта само на ключове. Както можете да видите, тази настройка на шест механични превключвателя е по-полезна за разбиране на 3-фазния инвертор, работещ от тромавата тиристорна верига.

Това, което ще направим тук, е да отворим и симетрично затвори тези шест превключвателя, за да получим трифазното изходно напрежение за резистивния товар. Има два възможни начина за задействане на превключвателите за постигане на желания резултат, един, при който превключвателите се държат за 180º и друг, при който превключвателите провеждат само за 120º. Нека обсъдим всеки модел по-долу:

A) Трифазен инвертор - режим на проводимост от 180 градуса

Идеалната схема е изчертана, преди да може да бъде разделена на три сегмента, а именно сегмент един, сегмент два и сегмент три и ще използваме тези означения в по-късния раздел на статията. Първият сегмент се състои от двойка превключватели S1 и S2, вторият сегмент се състои от превключваща двойка S3 и S4, а сегмент три се състои от превключваща двойка S5 и S6. По всяко време и двата превключвателя в един и същ сегмент никога не трябва да се затварят, тъй като това води до късо съединение на батерията, което проваля цялата настройка, така че този сценарий трябва да се избягва по всяко време.

Сега нека започнем превключващата последователност, като затворим превключвателя S1 в първия сегмент на идеалната верига и нека наречем старта като 0º. Тъй като избраното време за провеждане е 180 °, превключвателят S1 ще бъде затворен от 0 ° до 180 °.

Но след 120 ° от първата фаза, втората фаза също ще има положителен цикъл, както се вижда в трифазната диаграма на напрежението, така че превключвателят S3 ще бъде затворен след S1. Този S3 също ще се държи затворен за още 180 °. Така S3 ще бъде затворен от 120º на 300º и ще бъде отворен само след 300º.

По подобен начин третата фаза също има положителен цикъл след 120º от втори фазов положителен цикъл, както е показано на графиката в началото на статията. Така превключвателят S5 ще бъде затворен след 120 ° S3 затваряне, т.е. 240 °. След като превключвателят е затворен, той ще бъде затворен за 180 °, преди да бъде отворен, като S5 ще бъде затворен от 240º на 60º (втори цикъл).

Досега всичко, което правехме, беше да предположим, че проводимостта се извършва, след като превключвателите на горния слой са затворени, но за текущия поток от веригата трябва да бъде завършен. Също така, не забравяйте, че и двата превключвателя в един и същ сегмент никога не трябва да бъдат в затворено положение по едно и също време, така че ако един ключ е затворен, тогава друг трябва да е отворен.

За да удовлетворим горните и двете условия, ще затворим S2, S4 и S6 в предварително определен ред. Така че само след като S1 се отвори, ще трябва да затворим S2. По същия начин S4 ще бъде затворен, след като S3 се отвори при 300 ° и по същия начин S6 ще бъде затворен, след като S5 завърши цикъла на проводимост. Този цикъл на превключване между превключватели от същия сегмент може да се види по-долу на фигурата. Тук S2 следва S1, S4 следва S3 и S6 следва S5.

Следвайки това симетрично превключване, можем да постигнем желаното трифазно напрежение, представено на графиката. Ако попълним началната последователност на превключване в горната таблица, ще имаме пълен модел на превключване за режим на проводимост 180º, както е показано по-долу.

От горната таблица можем да разберем, че:

От 0-60: S1, S4 и S5 се затварят, а останалите три превключвателя се отварят.

От 60-120: S1, S4 и S6 се затварят, а останалите три превключвателя се отварят.

От 120-180: S1, S3 и S6 се затварят, а останалите три превключвателя се отварят.

И последователността на превключване продължава така. Сега нека нарисуваме опростената схема за всяка стъпка, за да разберем по-добре текущите параметри на потока и напрежението.

Стъпка 1: (за 0-60) S1, S4 и S5 са затворени, докато останалите три ключа са отворени. В такъв случай опростената схема може да бъде както е показано по-долу.

Така че за 0 до 60: Vao = Vco = Vs / 3; Vbo = -2Vs / 3

С помощта на тях можем да изведем линейните напрежения като:

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

Стъпка 2: (за 60 до 120) S1, S4 и S6 са затворени, докато останалите три ключа са отворени. В такъв случай опростената схема може да бъде както е показано по-долу.

Така че за 60 до 120: Vbo = Vco = -Vs / 3; Vao = 2Vs / 3

С помощта на тях можем да изведем линейните напрежения като:

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

Стъпка 3: (за 120 до 180) S1, S3 и S6 са затворени, докато останалите три ключа са отворени. В такъв случай опростената схема може да бъде нарисувана, както е показано по-долу.

Така че за 120 до 180: Vao = Vbo = Vs / 3; Vco = -2Vs / 3

С помощта на тях можем да изведем линейните напрежения като:

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

По същия начин можем да изведем фазовите напрежения и напреженията на линията за следващите стъпки в последователността. И може да бъде показано като фигурата, дадена по-долу:

А) Трифазен инвертор - режим на проводимост 120 градуса

Режимът 120º е подобен на 180º във всички аспекти, с изключение на времето за затваряне на всеки превключвател се намалява на 120, които бяха 180 преди.

Както обикновено, нека започнем превключващата последователност, като затворим превключвателя S1 в първия сегмент и бъдем стартовото число на 0º. Тъй като избраното време за провеждане е 120 °, превключвателят S1 ще се отвори след 120 °, така че S1 е затворен от 0 ° до 120 °.

Тъй като половин цикъл на синусоидалния сигнал преминава от 0 до 180º, за оставащото време S1 ще бъде отворен и е представен от сивата зона по-горе.

Сега след 120 ° от първата фаза, втората фаза също ще има положителен цикъл, както беше споменато по-горе, така че превключвателят S3 ще бъде затворен след S1. Този S3 също ще се държи затворен за още 120 °. Така S3 ще бъде затворен от 120º до 240º.

По подобен начин третата фаза също има положителен цикъл след 120 ° от втората фаза положителен цикъл, така че превключвателят S5 ще бъде затворен след 120 ° от затварянето на S3. След като превключвателят е затворен, той ще бъде затворен за 120 ° преди да бъде отворен и с това превключвателят S5 ще бъде затворен от 240º на 360º

Този цикъл на симетрично превключване ще продължи за постигане на желаното трифазно напрежение. Ако попълним началната и крайната последователност на превключване в горната таблица, ще имаме пълен модел на превключване за 120º режим на проводимост, както е показано по-долу.

От горната таблица можем да разберем, че:

От 0-60: S1 и S4 са затворени, докато останалите ключове са отворени.

От 60-120: S1 и S6 са затворени, докато останалите ключове са отворени.

От 120-180: S3 и S6 са затворени, докато останалите ключове са отворени.

От 180-240: S2 и S3 са затворени, докато останалите ключове са отворени

От 240-300: S2 и S5 са затворени, докато останалите ключове са отворени

От 300-360: S4 и S5 са затворени, докато останалите ключове са отворени

И тази последователност от стъпки продължава така. Сега нека нарисуваме опростената схема за всяка стъпка, за да разберем по-добре текущите параметри на потока и напрежението на 3-фазната верига на инвертора.

Стъпка 1: (за 0-60) S1, S4 са затворени, докато останалите четири ключа са отворени. В такъв случай опростената схема може да бъде показана по-долу.

Така че за 0 до 60: Vao = Vs / 2, Vco = 0; Vbo = -Vs / 2

С помощта на тях можем да изведем линейните напрежения като:

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

Стъпка 2: (за 60 до 120) S1 и S6 са затворени, докато останалите ключове са отворени. В такъв случай опростената схема може да бъде показана по-долу.

Така че за 60 до 120: Vbo = 0, Vco = -Vs / 2 & Vao = Vs / 2

С помощта на тях можем да изведем линейните напрежения като:

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

Стъпка 3: (за 120 до 180) S3 и S6 са затворени, докато останалите ключове са отворени. В такъв случай опростената схема може да бъде показана по-долу.

Така че за 120 до 180: Vao = 0, Vbo = Vs / 2 & Vco = -Vs / 2

С помощта на тях можем да изведем линейните напрежения като:

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

По същия начин можем да извлечем фазовите напрежения и напреженията на линията за следващите предстоящи стъпки. И ако нарисуваме графика за всички стъпки, тогава ще получим нещо като по-долу.

На графиките на изхода на превключващите случаи на 180º и 120º може да се види, че сме постигнали променливо трифазно напрежение на трите изходни клеми. Въпреки че изходната форма на вълната не е чиста синусоида, тя наподобява формата на вълната на трифазното напрежение. Това е проста идеална схема и приближена форма на вълната за разбиране на работата на 3-фазния инвертор. Можете да проектирате работещ модел, базиран на тази теория, като използвате тиристори, комутационни, контролни и защитни схеми.