Меню

Схемы преобразователей постоянного тока в трехфазный

3-ФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР ОТ 220 В

Представляем довольно простую конструкцию небольшого инвертора для трехфазного двигателя, мощностью около 400 Вт. Инвертор питается от одной фазы переменного напряжения стандартных 220 В. На выходе выдается трехфазное напряжение 3x 220 В.

Схема трёхфазного инвертора

Тут основной элемент управления — FNA41560, который на Али стоит всего около 150 рублей. Правда стоимость остальных элементов гораздо больше. Самые дорогие компоненты — конденсаторы и дроссель. Ну да хватит о деньгах, перейдём к самой схеме 3-фазного преобразователя питания. На входе инвертора имеется схема коррекции коэффициента мощности, которая гарантирует что ток, потребляемый из сети, не искажается и находится в фазе с напряжением.

Напряжение на конденсаторах фильтра составляет приблизительно 430 В без нагрузки и падает до 400 В при нагрузке. В инверторе транзисторы переключаются с частотой 5 кГц, потому что для этой частоты и оптимизирован чип FNA41560, дедтайм для транзисторов составляет около 1,2 мкс (см. осциллограммы).

Инвертор имеет защиту от высокой температуры (свыше 105 С), короткого замыкания (от 5 А), высокого напряжения на конденсаторах фильтра (460 В). Защита от короткого замыкания автоматически сбрасывается в конце каждого цикла ШИМ (действует как ограничение тока). Это можно изменить в регистре микроконтроллера PIC33FJ32MC102 P1FLTACON на режим удержания. В режиме этом генераторы ШИМ отключаются и останавливаются до удаления проблемы. Частота регулируется многооборотным потенциометром, с разрешением 0,1 Гц. Регулируемый частотный диапазон от 1 Гц до 80 Гц. Полезный диапазон начинается с 5 Гц. Для генерации выходного сигнала использовался алгоритм VSM-пространственной векторной модуляции (как звучит-то!), который позволяет максимально использовать напряжение постоянного тока, подаваемое на модуль FNA41560.

Различия в формах сигналов, генерируемых с помощью SPWM и SVM, следующие. В случае SPWM максимальное межфазное напряжение на выходе инвертора может быть не более v3 / 2 x Udc, для SVM равно Udc — если не учитывать потери в транзисторах. Фактически, метод SVM дает примерно на 15% более высокое выходное напряжение по сравнению с методом синусоидальной ШИМ.

Следует помнить, что источник питания схемы не изолирован от сети, и при использовании следует соблюдать особые меры предосторожности. Отсутствие гальванической развязки потенциально опасно для жизни.

Сборку устройства предлагается начать с пайки, а затем запуска PFC-части, припаять интегральную микросхему MC33262, выпрямительный мост, диод D11, транзистор Q1 и дроссель, фильтрующие конденсаторы C17 и C22, к которым нужно припаять резисторы 470 кОм. Обмотка (3 катушки) должна быть намотана на дроссель, который будет питать микросхему MC33262. Для намотки использовался кабель от компьютерной сети. Конец и начало обмоток важны в плане полярности и должны быть подключены, как указано в инструкции по применению.

Питание инвертора следует подавать через термисторы, чтобы ограничить ток, протекающий через диод D11, или использовать другое решение, ограничивающее пусковой ток. В данном случае применено 2 термистора NTC6D-15 с максимальным током 5 А. Прямое подключение к сети может повредить диод D11. После пайки элементов схемы PFC, припаяны две последовательно включенные лампы накаливания 100W / 220V к конденсаторам, таким образом проверяем, работает ли PFC блок. Напряжение на лампочках должно быть 400 В.

Следующим шагом была пайка и проверка работы бестрансформаторного блока питания, построенного на микросхеме LNK306. На выходе его следует замерить напряжение, которое должно быть 15 В. В конце спаять FNA41560 и микроконтроллер, который должен быть запрограммирован в схеме. Разъем Pickit3, совместимый с J3, как раз и используется для программирования.

Для запуска схемы, помимо естественно включения питания, необходимо подать логическую единицу с выхода RA2 на вход RA3, после чего инвертор запускается до скорости, установленной потенциометром. Подключение RA3 к земле вызывает остановку инвертора — отключение транзисторов.

Важно управлять запуском или остановкой инвертора с выхода RA2 (контакт 1 на J4, как показано на схеме), потому что в случае слишком высокой температуры или других помех состояние R2 меняется на низкое, и инвертор выключается.

Обращает на себя внимание выход FVO (контакт 11) микросхемы FNA41560, который закорочен на массу, когда напряжение питания меньше 12 В, а также когда схема не запитана. Об этом свидетельствует светодиод, во время запуска и начальных тестов, когда источник питания от программатора pickit3 подключен к плате нужно помнить, что когда этот светодиод горит, на выходе микроконтроллера не генерируются сигналы ШИМ.

Чтобы избавиться от этой ошибки и получить сигналы ШИМ на выходе микроконтроллера, временно отключите питание от программатора и подключите 15 В к FNA41560. Конечно, выполняем эти действия только тогда, когда инвертор отключен от сети. Максимальное выходное напряжение инвертора получается при частоте 60 Гц. Для низких частот напряжение от 1 Гц до 5 Гц является постоянным. Выше 5 Гц U / f = константа увеличивается.

Схема была собрана на печатной плате размером 100 x 100 мм. Программа управления написана на C в среде MPLABX.

На фото видно,что между инвертором и двигателем включен LC-фильтр 3x L = 1,5 мГн и 3x C = 0,68 мкФ, что смягчает работу.

В заключение хотелось бы добавить, что помимо пусковых термисторов инвертор должен питаться от помехозащитного фильтра. Схема принципиальная 3-х фазного инвертора, программное обеспечение и рисунок печатной платы находятся в приложении. Оригинал

Источник

Трехфазный двухуровневый автономный инвертор напряжения

Преобразование постоянного напряжения в трехфазное переменное напряжение может осуществляться с помощью инвертора, выполненного на транзисторных модулях IGBT или на приборах IGCT. Одним из наиболее простых преобразователей этого типа является автономный инвертор напряжения (АИН), схема которого представлена на рис 1.1.

Рис. 1.1 Схема с автономным инвертором напряжения

Питание инвертора осуществляется от источника постоянного напряжения uk. На входе инвертора используется сглаживающий дроссель с индуктивностью Id и током id. В цепи выпрям­ленного напряжения инвертора имеется конденсатор с емкостью с и током ic. Трехфазный мосто­вой инвертор содержит шесть транзисторов, каждый из которых зашунтирован обратным диодом. Транзисторы подключены к положительному и отрицательному полюсам конденсатора, а также к фазам нагрузки. Трехфазная нагрузка представлена индуктивностями 1н и активными сопротивле­ниями гн. Она имеет фазные напряжения un и токи in. (п=1, 2, 3).

При анализе данной схемы и других рассматриваемых в книге схем предполагается, что вентили (транзисторы и диоды) являются идеальными ключами. В открытом состоянии они замы­кают накоротко участки электрических цепей, в закрытом состоянии разрывают их.

Другое допущение – каждые два транзистора, подключенные к одной фазе нагрузки, рабо­тают в противофазе, если один транзистор открыт, другой закрыт и наоборот. Отсутствуют ситуа­ции, в которых оба транзистора одной фазы закрыты или оба открыты. При этом состояния тран­зисторов описываются функциями km (п=1, 2, 3). Функции km принимают значение 1, если открыт транзистор или обратный диод, подключающие фазу к положительному полюсу конденсатора, и значение 0, если открыт транзистор или обратный диод, подключающие фазу к отрицательному полюсу. В этом случае все вентили, подключенные к одной фазе нагрузки, описываются одной функцией.

В схеме рис. 1.1 с помощью транзисторов и обратных диодов фазы нагрузки подключают­ся или к положительному или к отрицательному полюсу конденсатора или замыкаются накоротко. За счет изменения соотношения длительностей замыкания нагрузки накоротко и подключения ее к полюсам конденсатора изменяются напряжения на выходе инвертора. Преобразователь в этом случае работает в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Читайте также:  Как показать направление тока в витках проволоки

При переключении транзисторов изменяется структура схемы и электрические контуры, в которых протекают токи. Характерные состояния схемы изображены на рис. 1.2.

Рис. 1.2 Состояния схемы с инвертором напряжения при переключении транзисторов

Как изображено на рис. 1.2, в состоянии схемы 1) в 1 фазе инвертора открыт верхний тран­зистор, во 2 и в 3 фазах открыты нижние транзисторы. Токи в инверторе протекают через откры­тые транзисторы в соответствии с направлениями токов в фазах. Закрытые транзисторы и диоды отброшены, поскольку токов в них нет.

Если верхний транзистор 1 фазы закрывается, а нижний транзистор этой фазы открывает­ся, то в соответствии со знаками токов нагрузки открывается обратный диод нижнего транзистора

1 фазы. При этом схема переходит в состояние 2). Ветви схемы, в которых токи отсутствуют, так­же отброшены. В состоянии схемы 2) цепь источника питания и сглаживающего дросселя замкну­та на конденсатор. Фазы нагрузки замкнуты накоротко через вентили инвертора. Электрическая связь источника питания и нагрузки отсутствует.

Если в состоянии схемы 2) во 2 фазе закрывается нижний транзистор и, соответственно, открывается верхний транзистор, то схема переходит в состояние 3), в котором связь источника питания и нагрузки восстанавливается.

Схема переходит в состояние 4), когда в 1 фазе закрывается нижний транзистор, а верхний транзистор открывается.

Из состояния 4) схема может перейти в состояние 5), если откроется верхний транзистор в

Из состояния 5) в состояние 6) схема может перейти, если в 1 фазе закроется верхний тран­зистор, а нижний откроется.

Указанные переходы схемы из одних состояний в другие определяются системой управле­ния и знаками токов в индуктивностях.

Как видно из рис. 1.2, при принятых допущениях ток фазы нагрузки протекает всегда через то плечо моста, в котором находится открытый транзистор (при идеальных ключевых элементах).

В схеме рис. 1.1 для формирования выходных напряжений инвертора используется два уровня напряжения – 0 (при коротком замыкании фаз нагрузки) и напряжение конденсатора. По этому признаку, по аналогии с многоуровневыми системами [40], [49], рассматриваемый преобра­зователь можно называть двухуровневым.

При математическом описании и моделировании двухуровневого автономного инвертора напряжения используется более подробная схема замещения, которая представлена на рис. 1.3.

Рис. 1.3 Схема преобразования с двухуровневым АИН

В схеме рис. 1.3, кроме указанных выше параметров, во входном дросселе учтено активное сопротивление rd, в конденсаторе учтено активное сопротивление гс. Параллельно конденсатору включена цепь защиты от перенапряжений с активным сопротивлением rz и током iz. Состояние транзистора в цепи защиты от перенапряжений описывается функцией kz (kz=0, если транзистор закрыт, kz=l, если транзистор открыт). В инверторе учитывается входной (выпрямленный) ток idl, а также токи в плечах моста im (п=1, 2,… 6).

При математическом моделировании рассматриваемой схемы на каждом шаге расчета At определяется напряжение на емкости ис и ветвь с конденсатором заменяется зависимым источни­ком напряжения игс Г21:

Далее, в соответствии с другим известным методом электротехники [1], зависимый источ­ник напряжения игс переносится в другие ветви схемы, соединенные друг с другом в положитель-

ном полюсе цепи выпрямленного напряжения, – в ветвь источника питания, в цепь защиты от пе­ренапряжений и в цепь выпрямленного тока инвертора. Из цепи выпрямленного тока инвертора этот источник переносится далее в плечи транзисторного моста, подключенные к положительному полюсу. В результате выделяются подсхемы, изображенные на рис. 1.4, которые имеют взаимные связи через зависимые источники напряжения Urc и тока ic.

Рис. 1.4 Разделение схемы с трехфазным двухуровневым транзисторным инвертором

на взаимосвязанные подсхемы

Подсхемы рис. 1.4 и их взаимные связи описываются следующими уравнениями.

Фазные ЭДС инвертора:

Рис. 1.8 Напряжения и токи трехфазного двухуровневого АИН при работе в режиме перемодуляции

Из таблицы 1.1 видна характерная особенность рассматриваемого процесса – частота наи­больших высших гармонических составляющих выпрямленного тока и тока конденсатора 4000 Гц, то есть равна удвоенной частоте пилообразного напряжения. В напряжениях нагрузки с частотой основных составляющих 50 Гц высшие гармонические составляющие наиболее значительны на частотах 4000-50=3950 Гц и 4000+50=4050 Гц.

Из представленных расчетов видно, что для систем с двухуровневыми АИН характерны значительные пульсации напряжения на стороне трехфазной нагрузки. Эти пульсации существуют на повышенной частоте, определяемой частотой пилообразного напряжения.

При работе инверторов с перемодуляцией выходные напряжения имеют трапецеидальную форму, и в них присутствуют высшие гармонические составляющие, частота которых кратна ос­новной частоте.

Другая характерная особенность систем с двухуровневыми АИН заключается в том, что максимальное напряжение на стороне переменного тока ограничено. В режиме синусоидальной ШИМ напряжение нагрузки ограничивается в соответствии с известной формулой [25]:

где Urc – среднее значение выпрямленного напряжения.

В режиме фазной коммутации напряжение нагрузки ограничивается в соответствии с дру­гой известной формулой [25]:

Необходимо также отметить, что системы с двухуровневыми АИН изготавливаются на сравнительно низкое напряжение, которое определяется номинальным напряжением используе­мых транзисторных модулей.

Пронин М.В., Воронцов А.Г., Силовые полностью управляемые полупроводниковые преобразователи (моделирование и расчет) / Под ред. Крутякова Е.А. СПб: «Электросила», 2003. – 172 с.

Источник

Преобразователь постоянного тока в трехфазный переменный ток

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве преобразователя постоянного тока в трехфазный переменный ток систем электроснабжения различного назначения. Преобразователь содержит клеммы постоянного тока, однофазный инвертор и расщепитель фаз, состоящий из трансформатора, содержащего первичную обмотку, выполненную из двух секций с равным числом витков, размещенных в пазах тороидальной внешней обоймы под углом 90° по отношению к друг другу, вторичную трехфазную обмотку, размещенную в пазах сосной внешней, внутренней обоймы и фазосдвигающий конденсатор, включенный в разрыв второй секции первичной обмотки, и клеммы для подключения трехфазной нагрузки. Применение трансформатора, принцип действия которого основан на эффекте кругового вращающегося магнитного поля, позволяет получить на зажимах потребителей трехфазное напряжение повышенного качества.

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве преобразователя постоянного тока в трехфазный переменный ток систем электроснабжения различного назначения.

Известен преобразователь постоянного тока в трехфазный переменный ток, содержащий три симметричных инвертора с самовозбуждением и задающего генератора с шестью выходными обмотками, сигналы которых управляют очередностью переключения транзисторов в инверторах [1]. Данный преобразователь нашел широкое применение в системах электроснабжения из-за простоты схемы, ее высокой унификации, однако ее стоимость сравнительно высока. Кроме того, при увеличении мощности преобразования постоянного тока в схеме могут наблюдаться срывы синхронизации.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой модели является преобразователь постоянного тока в трехфазный переменный ток, содержащий клеммы постоянного тока, однофазный инвертор, индуктивно-емкостной расщепитель фаз и клеммы для подключения трехфазной нагрузки, причем вход инвертора соединен с шинами постоянного тока, а выход расщепителя фаз соединен с клеммами для подключения нагрузки [2]. Данный преобразователь нашел широкое применение в устройствах питания потребителей, не предъявляющих высоких требований к качеству напряжения трехфазной системы, однако он может работать только на активно-индуктивную нагрузку с неизменным коэффициентом мощности из-за того, что фазовый сдвиг между напряжениями второй и третьей клемм для подключения трехфазной нагрузки составляет только 90°.

Читайте также:  Бесконечный ток своими руками

Технический результат полезной модели заключается в повышении качества напряжения трехфазной системы.

Требуемый технический результат достигается тем, что в преобразователе постоянного тока в трехфазный переменный ток, содержащим клеммы постоянного тока, однофазный инвертор, расщепитель фаз, содержащий фазосдвигающий конденсатор и клеммы для подключения трехфазной нагрузки, причем вход указанного инвертора соединен с клеммами постоянного тока, расщепитель фаз дополнительно содержит трансформатор, первичная обмотка которого выполнена в виде первой и второй секций с равным числом витков, вторичная обмотка указанного трансформатора выполнена трехфазной, сердечник упомянутого трансформатора выполнен в виде полого цилиндра, содержащего внешнюю обойму с пазами, в которых размещены первая и вторая секции первичной обмотки, сдвинутые в пространстве относительно друг друга на угол 90° и соосную ей внутреннюю обойму с пазами, в которых размещена вторичная трехфазная обмотка, при этом первая секция первичной обмотки трансформатора соединена с выходом однофазного инвертора непосредственно, вторая секция первичной обмотки трансформатора соединена с входом однофазного инвертора через фазосдвигающий конденсатор, а клеммы для подключения трехфазной нагрузки соединены с вторичной трехфазной обмоткой.

На чертеже представлена функциональная схема преобразователя постоянного тока в трехфазный переменный ток.

Преобразователь содержит клеммы постоянного тока 1, однофазный инвертор 3, расщепитель фаз 2, содержащий трансформатор 2-2, содержащий первичную обмотку 2-3, состоящую из первой секции 2-4 и второй секции 2-5, вторичную трехфазную обмотку 2-6, сердечник 2-7, выполненный в виде полого цилиндра, на внутренней и внешней поверхностях которого размещены внутренняя 2-8 и внешняя 2-7 обоймы, соответственно, с расположенными на них параллельно оси цилиндра пазами. В пазах внешней обоймы 2-7 размещены секции 2-4 и 2-5 первичной обмотки 2-3. В пазах сосной внешней, внутренней обойме 2-8 размещена вторичная трехфазная

обмотка 2-6, причем первая секция 2-4 и вторая секция 2-5 первичной обмотки 2-3 сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 90°; фазосдвигающий конденсатор 2-1 и клеммы для подключения трехфазной нагрузки 4. Вход однофазного инвертора 3 соединен с клеммами постоянного тока 1, первая секция 2-4 первичной обмотки 2-3 подключена к выходу инвертора 3 непосредственно, а вторая секция 2-5 первичной обмотки 2-3 подключена к выходу инвертора 3 через фазосдвигающий конденсатор 2-1, вторичная трехфазная обмотка 2-6 подключена к клеммам для подключения трехфазной нагрузки 4. Все элементы схемы серийно выпускаются отечественной промышленностью, при этом числа витков w А1 первой секции 2-4 и w B1 второй секции 2-5 первичной обмотки 2-3 равны и размещены в пространстве под углом 90° по отношению друг к другу на внешней обойме 2-7 подобно расположению обмотки возбуждения и обмотки управления асинхронного управляемого двигателя, а витки фаз вторичной трехфазной обмотки 2-6 размещены в пазах внутренней обоймы 2-8 равномерно подобно обмотке статора трехфазного асинхронного двигателя. Включение фазосдвигающего конденсатора 3 последовательно второй секции 2-5 первичной обмотки 2-3 трансформатора 2-2 обеспечивает сдвиг фаз токов указанных секций на 90°. Равенство чисел витков секций 2-4 и 2-5 первичной обмотки 2-3, пространственный сдвиг секций на внешней обойме и фазовый сдвиг токов в секциях первичной обмотки 2-3 являются условиями образования кругового вращающегося магнитного поля в трансформаторе 2-2, создание которого является условием получения системы трехфазных напряжений требуемого качества.

Преобразователь работает следующим образом. При наличии напряжения на шинах постоянного тока 1 оно поступает на вход инвертора 3, где преобразуется в переменное. При появлении указанного напряжения на секциях 2-4 и 2-5 первичной обмотки 2-3 трансформатора 2-2, по указанным секциям начинают протекать соответствующие токи с фазовым сдвигом 90°, благодаря включению конденсатора 2-1, а их результирующий ток создает в

сердечнике круговое вращающееся магнитное поле. Результирующий магнитный поток, созданный указанным током, пересекает витки вторичной обмотки 2-6 и наводит в ее фазах симметричную трехфазную систему напряжений, поступающих на клеммы для подключения трехфазной нагрузки 4.

Таким образом, применение трансформатора с двумя цилиндрическими соосными пазовыми обоймами позволяет получить на зажимах трехфазных потребителей напряжение высокого качества.

Источники принятые во внимание

1. Хасаев О.И. Трансформаторные преобразователи напряжения и частоты. М., Наука, 1966, стр.127, рис.83.

2. Моин B.C., Лаптев Н.М. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М., Энергия, 1972, стр.159, рис.5.20а.

Преобразователь постоянного тока в трехфазный переменный ток, содержащий клеммы постоянного тока, однофазный инвертор, расщепитель фаз, содержащий фазосдвигающий конденсатор и клеммы для подключения трехфазной нагрузки, причем вход указанного инвертора соединен с клеммами постоянного тока, отличающийся тем, что расщепитель фаз дополнительно содержит трансформатор, первичная обмотка которого выполнена в виде первой и второй секций с равным числом витков, вторичная обмотка указанного трансформатора выполнена трехфазной, сердечник упомянутого трансформатора выполнен в виде полого цилиндра, содержащего внешнюю обойму с пазами, в которых размещены первая и вторая секции первичной обмотки, сдвинутые в пространстве относительно друг друга на угол 90° и соосную ей внутреннюю обойму с пазами, в которых размещена вторичная трехфазная обмотка, при этом первая секция первичной обмотки трансформатора соединена с выходом однофазного инвертора непосредственно, вторая секция первичной обмотки трансформатора соединена с входом однофазного инвертора через фазосдвигающий конденсатор, а клеммы для подключения трехфазной нагрузки соединены с вторичной трехфазной обмоткой.

Источник



Трехфазный инвертор

Инверторные устройства используются в самых различных областях. В большинстве случаев, это однофазные приборы, работающие по классическим схемам. Однако, возникают ситуации, когда необходимо обеспечить электроэнергией асинхронный двигатель от аккумуляторной батареи или просто получить трехфазный ток для специфических нужд. И здесь на выручку приходит трехфазный инвертор с увеличенным числом электронных управляемых ключей, преобразующий постоянный ток в трехфазный переменный с требуемыми характеристиками.

  1. Где применяется
  2. Разновидности трехфазных инверторов
  3. Как работает 3-х фазный инвертор
  4. Схема подключения
  5. Различия между одно- и трехфазными инверторами

Где применяется

Область применения трехфазных инверторов достаточно большая, а в некоторых случаях без них просто невозможно обойтись. Управление электродвигателями будет гораздо эффективнее, когда используются модифицированные современные трехфазные инверторные устройства. Они включаются в общую схему с одно- и трехфазными асинхронными двигателями, коллекторными агрегатами, а также с трехфазными двигателями постоянного тока.

Трехфазный инвертор

Для управления разными типами двигателей используются свои режимы, поддерживаемые соответствующим программным обеспечением. Это дает возможность подключать практически любые двигатели в обмотках которых имеется от 1 до 3 фаз. В виде исключения можно отметить конструкцию биполярных двухфазных шаговых двигателей, оборудованных двумя независимыми обмотками.

В состав комплектующих такого инвертора входит основная плата управления, входы и выходы питания, а также интерфейс для ввода необходимых данных и вывода текущих показаний на дисплей или табло. Довольно часто управления осуществляется с помощью компьютера. Подключение инвертора выполняется через специальный разъем, установленный на плате.

Читайте также:  Определить ток в нагрузочном резисторе

В современных инверторах управления предусмотрен демонстрационный режим, при котором поочередно запускается показ основных функций – пуска и остановки, изменения скорости и реверса. Для переключений между функциями предусмотрены 4 кнопки, расположенные на плате.

Разновидности трехфазных инверторов

По своим параметрам, характеристикам и предназначению все виды преобразователей можно условно разделить на несколько групп.

В первую очередь, они могут быть автономными или зависимыми. В первом случае постоянный ток преобразуется в переменный, где частоту определяет система управления, а характеристики выходного напряжения тесно связаны с параметрами нагрузки. Зависимые устройства выдают ток, определяемый частотой местной сети, с постоянными значениями. В автономных приборах возможны плавные изменения напряжения от нуля до наибольшей допустимой величины. Поэтому такие инверторы чаще всего используются в различных схемах.

Существует дополнительная классификация автономных инверторов в соответствии с его схемой, способами принудительной коммутации, параметрами нагрузки и источников питания. Они могут быть автономными инверторами тока – АИТ или напряжения – АИН, а также резонансными – АИР.

В соответствии с количеством токовых коммутаций, трехфазный инвертор бывает одно- или двухступенчатым. В первом случае ток нагрузки сразу поступает к тиристору, включающемуся в работу, а во втором происходит изначальное переключение нагрузки на вспомогательную цепь, и лишь потом она переходит в основную. Если в схеме используются тиристоры, рассчитанные только на одну операцию, в нее могут быть дополнительно включены узлы принудительной коммутации.

Как работает 3-х фазный инвертор

В состав силовой части трехфазного инвертора входят транзисторные ключи с маркировкой от VT1 до VT6 в количестве шести элементов и диоды обратного тока VD1–VD6, также шесть штук. Диоды соединяются в общий мост и подключаются параллельно с источником питания.

Силовая трёхфазная цепь инверторов может быть построена разными способами. При постоянной структуре цепи, подача управляющих сигналов происходит одновременно сразу к трем силовым транзисторам. Таким образом, ее структура остается неизменной. В случае использования переменной структуры, количество транзисторов для подачи управляющих сигналов нередко бывает менее трех.

Продолжительность переключений, выполняемых транзисторными ключами и частота напряжения на выходе, зависит от используемой системы управления. В интервале, включающем в себя один период, переключения на выходе транзисторов анодной и катодной групп может происходить от одного до множества раз.

Конфигурация тока на выходе получается в соответствии с характеристиками нагрузки. Если нагрузка активно-индуктивная, получается форма в виде ломаной кривой, разделенной на четыре части, расположенные на половине периода. Эффект от токовой нагрузки определяется интегрированием наиболее характерных участков токовой кривой. Необходимая форма нагрузки, в том числе и синусоидальная, получается при многократном включении и отключении управляемых вентилей в пределах одного периода.

Регулировка выходного напряжения в инверторе осуществляется при помощи широтно-импульсной модуляции – ШИМ. Сформированная модуляция в виде прямоугольника, получила название широтно-импульсного регулирования – ШИР. Такое регулирование выходного напряжения выполняется за счет изменяющейся продолжительности подключения нагрузки к источнику питания. Данная схема применяется в момент паузы между импульсами, когда происходит запирание двух одинаковых силовых транзисторов.

В случае групповых переключений в нагрузочном напряжении возникает определенная пауза. Это происходит при изменении током своего знака в тот момент, когда два транзистора начинают запираться. Если же ток к этому времени не изменит своего знака или нагрузка окажется слишком продолжительной, то формирования паузы в напряжении на выходе не получится. При использовании ШИР, структура тока и напряжения на выходе в диапазоне малых частот и напряжений, значительно ухудшается. Для того чтобы избежать этого негативного явления, ШИР приходится выполнять на действующих несущих частотах.

Схема подключения

Подключение трехфазного инвертора в качестве примера можно рассмотреть в общей связке с электродвигателем. На представленном ниже рисунке обозначен двигатель М, работающий под управлением ключей V1 – V6. Все полупроводники для более наглядного отображения представлены как обычные механические контакты. Для питания используется постоянное напряжение Ud, поступающее из выпрямителя, не отмеченного на схеме. Ключи 1, 3, 5 относятся к верхним, а три ключа 2, 4, 6 – к нижним.

Верхние и нижние ключи никогда не открываются одновременно, во избежание короткого замыкания. Схема будет нормально работать, когда нижний ключ открывается, а верхний к этому времени уже находится в закрытом состоянии. Для формирования этой паузы используются контроллеры.

Продолжительность паузы должна гарантировать, чтобы силовые транзисторы закрывались своевременно. При недостаточности этого временного промежутка, верхний и нижний ключи могут одновременно открыться на очень короткое время. Это крайне нежелательно и не должно происходить систематически, поскольку выходные транзисторы сильно нагреваются и быстро выйдут из строя. Подобная ситуация известна как сквозные токи.

Существует гальваническая связь между нижними и верхними ключами и с управляющим устройством. Подача сигнала управления выполняется через резисторы непосредственно к составному транзистору, выполняющему функции драйвера нижнего ключа. У верхних ключей отсутствует гальваническая связь с элементом управления и с общим проводником. Поэтому для более эффективного управления к верхнему составному транзистору помимо драйвера дополнительно устанавливается оптрон. Питание верхних ключей производится от отдельных выпрямителей, каждый из которых подключен к собственной обмотке трансформатора.

Различия между одно- и трехфазными инверторами

Существуют принципиальные отличия однофазного от трехфазного инвертора. В основном они связаны с их конструктивными особенностями. Это наглядно видно на примере устройств, используемых с солнечными батареями. Схема однофазного инвертора использует 1 или 2 трекера МРРТ, выполняющих слежение за максимальной отметкой мощности панели.

Далее в цепь включается инвертор, выполняющий преобразование тока и синхронизирующий его с сетью. Электроэнергия, полученная от этого инвертора, поступает непосредственно в сеть. К каждому трекеру подключается своя солнечная панель. При наличии двух трекеров можно подключить на выбор 1 или сразу 2.

Трехфазный инвертор напряжения может иметь в своей схеме от 1 до 4 трекеров, в зависимости от мощности каждого преобразователя. Они также выполняют слежение за точкой максимальной мощности и направляют постоянный ток от солнечной панели к входу инвертора. В свою очередь, преобразователь соединяется с сетевыми фазами и синхронизирует их сдвиг на все 3 фазы.

Таким образом, основное отличие между обоими устройствами заключается в разнице распределения полученной энергии. Распределение электричества трехфазным прибором осуществляется равномерно между всеми фазами. Если же для этой цели используется три однофазных инвертора, то выходная мощность каждого из них будет колебаться в соответствии с мощностью, выдаваемой солнечной панелью.

Довольно часто возникает вопрос, что выгоднее использовать, одно- или трехфазный инвертор? Решение принимается индивидуально, исходя из конкретных условий эксплуатации. Несмотря на 1 корпус вместо 3-х, он может оказаться слишком дорогим, поэтому сравнение нужно делать по тем или иным известным моделям. То же самое касается VHHN-трекеров, количества силовых ключей и других важных компонентов.

Схема подключения трехфазного электродвигателя

Что такое инвертор напряжения

Трехфазное реле напряжения

Подключение трехфазного двигателя к трехфазной сети

Источник