Схема трехфазного инвертора

Все мы знаем об инверторе - это устройство, преобразующее постоянный ток в переменный. Ранее мы узнали о различных типах инверторов и построили однофазный инвертор с напряжением от 12 до 220 В. Трехфазный инвертор преобразует постоянное напряжение в трехфазное питание переменного тока. Здесь, в этом руководстве, мы узнаем о трехфазном инверторе и его работе, но прежде чем идти дальше, давайте взглянем на формы сигналов напряжения трехфазной линии. В приведенной выше схеме трехфазная линия подключена к резистивной нагрузке, и нагрузка потребляет мощность от линии. Если мы нарисуем формы волны напряжения для каждой фазы, то у нас будет график, как показано на рисунке. На графике мы видим, что три формы напряжения не совпадают по фазе друг с другом на 120º.

В этой статье мы обсудим схему трехфазного инвертора, которая используется как преобразователь постоянного тока в трехфазный переменный ток. Помните, что даже в наши дни получение полностью синусоидальной формы волны для различных нагрузок чрезвычайно сложно и непрактично. Итак, здесь мы обсудим работу идеальной схемы трехфазного преобразователя, игнорируя все вопросы, связанные с практическим трехфазным инвертором.

Работа трехфазного инвертора

Теперь давайте посмотрим на схему 3-фазного инвертора и ее идеальную упрощенную форму.

Ниже представлена принципиальная схема трехфазного инвертора, разработанная с использованием тиристоров и диодов (для защиты от скачков напряжения).

А ниже представлена принципиальная схема трехфазного инвертора, разработанная с использованием только переключателей. Как видите, эта установка с шестью механическими переключателями более полезна для понимания работы трехфазного инвертора, чем громоздкая тиристорная схема.

Что мы здесь сделаем, так это разомкнем и симметрично замкнем эти шесть переключателей, чтобы получить трехфазное выходное напряжение для резистивной нагрузки. Есть два возможных способа срабатывания переключателей для достижения желаемого результата: один, при котором переключатели проводят на 180 °, и другой, при котором переключатели проводят только на 120 °. Давайте обсудим каждый паттерн ниже:

A) Трехфазный инвертор - режим проводимости 180 градусов

Идеальная схема нарисована до того, как ее можно будет разделить на три сегмента, а именно сегмент один, сегмент два и сегмент три, и мы будем использовать эти обозначения в следующем разделе статьи. Первый сегмент состоит из пары переключателей S1 и S2, второй сегмент состоит из пары переключателей S3 и S4, а третий сегмент состоит из пары переключателей S5 и S6. В любой момент времени оба переключателя в одном и том же сегменте никогда не должны быть замкнуты, так как это приводит к короткому замыканию батареи, нарушающему всю установку, поэтому этого сценария следует избегать всегда.

Теперь давайте начнем последовательность переключения с замыкания переключателя S1 в первом сегменте идеальной схемы и назовем начало 0º. Поскольку выбранное время проведения составляет 180º, переключатель S1 будет замкнут от 0º до 180º.

Но после 120º первой фазы вторая фаза также будет иметь положительный цикл, как видно на графике трехфазного напряжения, поэтому переключатель S3 будет замкнут после S1. Эта S3 также будет закрыта еще на 180 градусов. Таким образом, S3 будет закрыт со 120º до 300º и откроется только после 300º.

Точно так же третья фаза также имеет положительный цикл после 120º положительного цикла второй фазы, как показано на графике в начале статьи. Таким образом, переключатель S5 будет замкнут после 120º S3 закрытия, то есть 240º. После того, как переключатель замкнут, он будет оставаться в замкнутом состоянии на 180 °, прежде чем открыться, при этом S5 будет закрыт от 240 ° до 60 ° (второй цикл).

До сих пор все, что мы делали, это предполагало, что проводимость завершается, когда переключатели верхнего уровня замыкаются, но для протекания тока из цепи необходимо завершить. Кроме того, помните, что оба переключателя в одном сегменте никогда не должны быть в замкнутом состоянии одновременно, поэтому, если один переключатель замкнут, другой должен быть разомкнут.

Для удовлетворения обоих вышеуказанных условий мы закроем S2, S4 и S6 в заранее определенном порядке. Поэтому только после открытия S1 нам нужно будет закрыть S2. Точно так же S4 закроется после того, как S3 откроется на 300º, и точно так же S6 закроется после того, как S5 завершит цикл проводимости. Этот цикл переключения между переключателями одного и того же сегмента можно увидеть на рисунке ниже. Здесь S2 следует за S1, S4 следует за S3, а S6 следует за S5.

Следуя этому симметричному переключению, мы можем получить желаемое трехфазное напряжение, представленное на графике. Если мы заполним начальную последовательность переключения в приведенной выше таблице, мы получим полную схему переключения для режима проводимости 180º, как показано ниже.

Из приведенной выше таблицы мы можем понять, что:

От 0 до 60: S1, S4 и S5 замкнуты, а остальные три переключателя разомкнуты.

От 60 до 120: S1, S4 и S6 замкнуты, а остальные три переключателя разомкнуты.

От 120 до 180: S1, S3 и S6 замкнуты, а остальные три переключателя разомкнуты.

И последовательность переключений такова. Теперь давайте нарисуем упрощенную схему для каждого шага, чтобы лучше понять параметры тока и напряжения.

Шаг 1: (для 0-60) S1, S4 и S5 замкнуты, а остальные три переключателя разомкнуты. В таком случае упрощенная схема может быть такой, как показано ниже.

Итак, от 0 до 60: Vao = Vco = Vs / 3; Vbo = -2Vs / 3

Используя их, мы можем получить линейные напряжения как:

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

Шаг 2: (от 60 до 120) S1, S4 и S6 замкнуты, а остальные три переключателя разомкнуты. В таком случае упрощенная схема может быть такой, как показано ниже.

Итак, от 60 до 120: Vbo = Vco = -Vs / 3; Vao = 2Vs / 3

Используя их, мы можем получить линейные напряжения как:

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

Шаг 3: (от 120 до 180) S1, S3 и S6 замкнуты, а остальные три переключателя разомкнуты. В таком случае упрощенную схему можно нарисовать, как показано ниже.

Итак, от 120 до 180: Vao = Vbo = Vs / 3; Vco = -2Vs / 3

Используя их, мы можем получить линейные напряжения как:

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

Точно так же мы можем получить фазные напряжения и линейные напряжения для следующих шагов в последовательности. И это можно представить в виде рисунка, приведенного ниже:

A) Трехфазный инвертор - режим проводимости 120 градусов

Режим 120 ° аналогичен режиму 180 ° во всех аспектах, за исключением того, что время закрытия каждого переключателя уменьшено до 120, которые были 180 ° ранее.

Как обычно, давайте начнем последовательность переключения, замкнув переключатель S1 в первом сегменте и установив начальный номер на 0º. Поскольку выбранное время проводимости составляет 120º, переключатель S1 откроется через 120º, поэтому S1 был замкнут от 0º до 120º.

Поскольку полупериод синусоидального сигнала изменяется от 0 до 180º, в течение оставшегося времени S1 будет открыт и представлен серой областью выше.

Теперь, после 120º первой фазы, вторая фаза также будет иметь положительный цикл, как упоминалось ранее, поэтому переключатель S3 будет замкнут после S1. Эта S3 также будет закрыта еще на 120 °. Таким образом, S3 будет закрыт с 120º до 240º.

Аналогично, третья фаза также имеет положительный цикл после 120 ° положительного цикла второй фазы, поэтому переключатель S5 будет замкнут после 120 ° замыкания S3. После того, как переключатель замкнут, он будет оставаться в замкнутом состоянии на 120º, прежде чем открыться, и при этом переключатель S5 будет замкнут от 240º до 360º.

Этот цикл симметричного переключения будет продолжен для достижения желаемого трехфазного напряжения. Если мы заполним начальную и конечную последовательность переключения в приведенной выше таблице, мы получим полную схему переключения для режима проводимости 120º, как показано ниже.

Из приведенной выше таблицы мы можем понять, что:

От 0 до 60: S1 и S4 замкнуты, остальные переключатели разомкнуты.

От 60 до 120: S1 и S6 замкнуты, остальные переключатели разомкнуты.

От 120 до 180: S3 и S6 замкнуты, а остальные переключатели разомкнуты.

От 180 до 240: S2 и S3 замкнуты, а остальные переключатели разомкнуты

От 240 до 300: S2 и S5 замкнуты, а остальные выключатели разомкнуты

От 300 до 360: S4 и S5 замкнуты, а остальные переключатели разомкнуты

И эта последовательность шагов продолжается вот так. Теперь давайте нарисуем упрощенную схему для каждого шага, чтобы лучше понять параметры тока и напряжения в схеме трехфазного инвертора.

Шаг 1: (для 0-60) S1, S4 замкнуты, а остальные четыре переключателя разомкнуты. В таком случае упрощенная схема может быть показана ниже.

Итак, от 0 до 60: Vao = Vs / 2, Vco = 0; Vbo = -Vs / 2

Используя их, мы можем получить линейные напряжения как:

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

Шаг 2: (от 60 до 120) S1 и S6 замкнуты, а остальные переключатели разомкнуты. В таком случае упрощенная схема может быть показана ниже.

Итак, от 60 до 120: Vbo = 0, Vco = -Vs / 2 и Vao = Vs / 2

Используя их, мы можем получить линейные напряжения как:

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

Шаг 3: (от 120 до 180) S3 и S6 замкнуты, а остальные переключатели разомкнуты. В таком случае упрощенная схема может быть показана ниже.

Итак, от 120 до 180: Vao = 0, Vbo = Vs / 2 и Vco = -Vs / 2

Используя их, мы можем получить линейные напряжения как:

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

Точно так же мы можем получить фазные напряжения и линейные напряжения для следующих следующих шагов. А если нарисовать график для всех шагов, то получится что-то вроде ниже.

На графиках выходных сигналов для случаев переключения 180º и 120º можно увидеть, что мы достигли переменного трехфазного напряжения на трех выходных клеммах. Хотя форма выходного сигнала не является чистой синусоидой, она действительно напоминала форму волны трехфазного напряжения. Это простая идеальная схема и приблизительная форма волны для понимания работы трехфазного инвертора. На основе этой теории можно разработать рабочую модель, используя тиристоры, схемы переключения, управления и защиты.