POLITECHNIKA LUBELSKA

LABORATORIUM ENERGOELEKTRONIKI

Ćwiczenie nr 8

Trójfazowe falowniki napięcia

Falownik napięcia 3-fazowy

Połączenie trzech falowników jednopulsowych tworzy mostek trójfazowy

zdolny do wytwarzania na wyjściu symetrycznego napięcia trójfazowego pod

warunkiem zachowania odpowiedniego przesunięcia względem gałęzi fazy A

impulsów sterujących gałęziami przyporządkowanymi fazom B i C (120° i

240°).

Schemat falownika trójfazowego podstawowe przebiegi

napięcia

Jeżeli punkt neutralny odbiornika zostanie podłączony z punktem środkowym „O” to napięcia fazowe będą miały kształt fali prostokątnej o wartościach napięcia ±Ud/2. Ten sposób połączenia odbiornika jest dalece niekorzystny bowiem w napięciu a w konsekwencji i prądzie wyjściowym występują harmoniczne zgodne (3, 9, 15, 21 itd.).

Przy pominięciu przewodu neutralnego napięcia powstające na fazach odbiornika przyjmują postać fali schodkowej o poziomach napięć ±Ud/3 i ±2Ud/3. Taki przebieg napięcia, jak łatwo sprawdzić nie zawiera harmonicznych zgodnych (k=3n). Amplituda harmonicznej podstawowej jest równa 4/p(Ud/2) = (2/p)Ud. Również harmoniczne występujące w przebiegu odniesione do napięcia Ud/2 mają takie same udziały jak w falowniku o fali prostokątnej.

Przy opisie i analizie stanów napięcia wyjściowego 3-fazowego falownika

wygodnie jest posłużyć się interpretacją za pomocą tzw. Wskazów zorientowanych. Wszystkie trzy składowe fazowe napięć systemu w osiach ABC mogą posłużyć do wyznaczenia jednego wskazu zorientowanego który na

płaszczyźnie zespolonej (1,j) jednoznacznie interpretuje stan całego systemu

trójfazowego pod warunkiem braku składowych kolejności zerowej. Tym samym sześciu stanom falownika można przyporządkować 6 wskazów wypadkowych - rys.b. Sumowanie geometryczne składowych dla przedziału „1” ilustrujące wyznaczanie wypadkowego wskazu przedstawiono na rys.a. W podobny sposób można

wyznaczyć charakterystyczne wskazy wypadkowe dla stanów 2-6.

W zapisie formalnym dla zorientowanej płaszczyzny 1-j wyznaczanie wskazów

wypadkowych polega na operacji:

Współczynnik normujący 2/3 służy do tego by wypadkowy wskaz swymi rzutami na osie faz wyznaczał rzeczywiste wartości napięć składowych

Warto zwrócić uwagę że w systemie symetrycznych sinusoidalnych napięć

trójfazowych wskaz wypadkowy przyjmuje nieskończenie wiele pozycji a jego

hodografem jest koło o promieniu odpowiadającym amplitudzie napięcia

fazowego.

Można łatwo wydedukować , że w stanach roboczych falownika dopuszczane są jeszcze dwa dodatkowe w których w stanie załączenia są wszystkie łączniki (tranzystory) dolne lub wszystkie łączniki górne. Pierwszy z nich zostanie oznaczony jako stan „0” a drugi jako stan „7”. Wykorzystanie tych stanów wiąże sie z zjawiskiem modulacji i będzie objaśnione poniżej ale może także być przydatne do bezstykowego odłączania odbiornika.

Modulacja szerokości impulsów (PWM) w falownikach

Podstawowym i najszerzej stosowanym sposobem zarówno sterowania amplitudą podstawowej harmonicznej jak i ukształtowaniu spektrum przebiegu w taki sposób aby wyeliminować z napięcia harmoniczne niskiego rzędu (przesuwając energie deformacji w zakres wysokich częstotliwości, które mogą być łatwo odfiltrowane) jest zastosowanie metody PWM (ang. Pulse Width Modulation).- modulacji szerokości impulsów. Przy częstotliwości łączeń wielokrotnie większej od podstawowej częstotliwości przebiegu generowanego na wyjściu falownika możliwe jest aproksymowanie wartości tego przebiegu w przedziale impulsowania Ts =fs stosując jedną z metod wyliczania czasów w których na wyjściu falownika pojawia się napięcie dodatnie (+Ud/2) lub ujemne(-Ud/2). Na rysunku poniżej przedstawiono jedną z metod kształtowania takiego przebiegu polegająca na porównywaniu sygnału proporcjonalnego do odtwarzanego przebiegu z pomocniczym napięciem o kształcie trójkątnym.

Zasada modulacji w jednogałęziowym falowniku z dzielonym źródłem

zasilania: 0 schemat falownika z

układem modulatora, b) zasada

worzenia funkcji modulacji drogą

naturalnego porównania odtwarzanej

sinusoidy z pomocniczym

przebiegiem o kształcie trójkątnym.