Трехуровневый автономный инвертор напряжения (ТАИН) находит применение электроприводе переменного тока среднего напряжения (до 6-10кВ). Однако качество выходного напряжения его не соответствует стандарту, что предполагает использова-ние громоздких выходных фильтров. Рассмотрим возможность улучшения характери-стик инвертора при введении в схему добавочных АИН.

Схема фазы гибридного МПЧ с дополнительным однофазным АИН (ДАИН) на выходах ТАИН приведена на рис.1. Нулевой вывод источника питания N образован делителем напряжения на конденсаторах С3, которые подключены к выпрямителю и соединен с нулевым выводом ТАИН (на рис.1 показано одно из трех плечо инвертора). К выходу каждого плеча ТАИН (А) подключен ДАИН с конденсатором С1 в звене по-стоянного тока. Напряжения на конденсаторах С3 делителя 3U, напряжение на конден-саторе С1 в звене постоянного тока ДАИН U.

Напряжение фазы ТАИН Uan принимает три значения 0, ±3U, напряжение ДАИН Uaa 0, ±U. Результирующее напряжение фазы преобразователя определяется как сумма или разность Uan и Uaa . При этом напряжение фазы МПЧ Uan может принимать k=9 значений 0, ±U, ±2U, ±3U, ±4U (в дальнейшем используется относительная система единиц при U=1). Количество уровней напряжения Uф на фазе нагрузки N=25 (в исходной схеме трехуровневого АИН при максимальной амплитуде напряжения k=3, N=9). Осциллограммы Uan , Uan и тока нагрузки I при минимальном значении амплитуды заданного напряжения А=1.5 приведены на рис.2. Количество уровней Uф составляет N=13.

Исключение источника постоянного тока для ДАИН возможно, если активная мощность Р1 передаваемая ДАИН равна 0. Активная мощность Р1 при практически синусоидальном выходном токе I определяется первой гармоникой его напряжения U1ф(1), т.е. условие Р1=0 можно задать как U1m(1)=0.

Условие Р1=0 (U1m(1)=0) выполняется при использовании предварительной модуляции задания третьей гармоникой (Uзад=Asinθ+A3sin3θ – см. рис.2) и использования модифицированной ШИМ с коэффициентом ослабления К. Соответствующие зави-симости А3=f(A) и К=f(A) приведены на рис.3. Таким образом, обеспечение режима работы ДАИН возможно при использовании только одного регулирующего параметра в зависимости от амплитуды задания А. Следует отметить, что поскольку первая гармо-ника создается только БАИН, уменьшается максимально возможная амплитуда напря-жения МПЧ. Это частично компенсируется предварительной модуляцией 3-ей гармони-кой (АМАХ=3.54). Нижний предел регулирования напряжения ограничен значением АМИН=1.5.

Конденсатор С1 ДАИН при Р1=0 обеспечивает обмен реактивной мощностью с на-грузкой. Его емкость должна быть достаточной для поддержания пульсаций напряжения на заданном уровне, например, при коэффициенте пульсаций КП не выше 5%. Если пренебречь потерями в схеме, мощность на входе и выходе ДАИН будет оди-наковой:

При u(1)=0, а ud=Ud пульсации id обусловлены наличием высших гармоник вы-ходного напряжения ДАИН, наибольшее влияние при этом оказывает 3-я гармоника:

где: θ=ωt, ω- угловая частота основной гармоники выходного напряжения.

Соответствующая зависимость относительной амплитуды третьей гармоники U*m(3)=f(A) приведена на рис.3. В соответствии с (1) вторая гармоника тока конденсато-ра имеет амплитуду.

При использовании относительных единиц (для ДАИН Ud=U=1).

Значение емкости C:

Произведем расчет для асинхронного двигателя (АД) с данными Uном=6кВ, Рном=875кВт, Iном=100А, параметры схемы замещения Zк=6.3Ом, Хк=6.05Ом (Lк=19.27mГн), Rк=1.71Ом.

Максимальное значение U*m(3)=0.767 в соответствии с рис.3 имеет место при А=1.7. Принимаем КП=0.05.

Предельное значение амплитуды выходного фазного напряжения соответствует 3.54U. При напряжении двигателя 6кВ:

Тогда значение U=4898/3.54=1384В. Значение частоты исходя из соотношения U/f=const при А=1.7 со-ставит ω=ωmax(1.7/3.54)=150.8 рад/с. Полагаем, что нагрузка по току неизменная, тогда:

При этом:

Для ТАИН Ud=3 и

С учетом этого ем-кость С3 для БАИН в (0.384/0.283)3=4.06 раза меньше и составит 639.4мкФ.

Для обеспечения значения напряжения U в звене постоянного тока схема долж-на предусматривать предварительный заряд конденсатора С1 и автоматическую стаби-лизацию напряжения на нем.