В настоящее время для приводов переменного тока среднего напряжения (до 10 кВ) применяются многоуровневые преобразователи частоты (МПЧ), выходное напряжение которых имеет форму ступенчатой кривой аппроксимирующей синусоиду.

Для формирования выходного напряжения МПЧ обычно используют методы [1] основанные на ШИМ (многоуровневая или мультиплексорная ШИМ). Причем, как правило, формируется напряжение в фазах самого МПЧ, а не нагрузки.

Амплитудное регулирование выходного напряжения в автономных инверторах напряжения (АИН) в силу необходимости применения управляемого выпрямителя и значительной инерционности, обусловленной наличием конденсатора в звене постоянного тока не находит применения и практически везде вытеснено ШИМ.

Вместе с тем в МПЧ имеется несколько (n) уровней напряжения источника постоянного тока или несколько источников. Это создает возможность изменения амплитуды формируемого напряжения при их переключении, особенно для каскадных схем преобразователей. Однако возможность амплитудного регулирования нигде не рассматривается. И основная причина здесь в том, что традиционно рассматривается формирование напряжения в фазах самого МПЧ. При этом количество уровней ограничено количеством источников на фазу (n). Так, например, при n=3 можно получить только три значения напряжения, что особого смысла не имеет.

Однако, если рассматривать формирование напряжения непосредственно на трехфазной нагрузке (при отсутствии нулевого провода), картина существенно изменяется, поскольку напряжения на фазах нагрузки и преобразователя различны. Как показал анализ, даже при одном источнике постоянного напряжения в фазе, можно получить два разных значения напряжения на нагрузке. Тогда при n=3 количество значений напряжения увеличивается вдвое – 6. Таким образом, становится реальным использование МПЧ с дискретным регулированием напряжения на нагрузке.

При этом количество уровней в кривой напряжения нагрузки составляет N=3n+1 (4,7,10,13,…), что обеспечивает его неплохой гармонический состав.

Важным моментом для реализации амплитудного регулирования является простота реализации алгоритма формирования напряжения МПЧ (Uмпч) в виде ступенчатой кривой с фиксированной длительностью ступеней. При этом количество переключений ключей схемы минимально, частота переключений низкая, что значительно снижает потери в схеме МПЧ на коммутацию.

Уже при n=5 количество возможных значений напряжения 10 с дискретностью 10%, что позволяет осуществить управление электроприводом с плавным регулированием выходной частоты при допустимых отклонениях напряжения ±5%.

ЛИТЕРАТУРА

1. Jose Rodriguez, Jih-Sheng Lai, Fang Zheng Peng. Multilevel Inverters: A Survey of Topologies, Controls, and Applications. IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL. 49, NO. 4, AUGUST 2002, рр.724-738.