Комбінація з чотирьох IGBT-транзістпоров утворює базову бруківку схему, широко використовувану для управління електродвигунами та рядадругіх застосувань (Мал i37)

Рис 137 Преобразовательмостового типу

Необхідно відзначити, що паралельно кожному ЮВТ-транзистору підєднані инверсно включені діоди, що забезпечують захист ключів від кидків напруги при комутації індуктивного навантаження При включених ключах 1 і 2 струм через навантаження тече в умовно-прямому напрямку, а при включених ключах 3 і 4 – в умовно-зворотному Струм в обох напрямках може бути модулювати широтно-імпульсним способом, що дозволяє створювати синусоїдальна напруга на навантаженні (Мал 138) Звичайно, на практиці вихідна синусоїдальна напруга буде більш спотвореним, ніж показано на Рис 138 Для його згладжування необхідно використовувати відносно вищу частоту комутації ключів, ніж показано на Рис 138, а також фільтр у вихідний ланцюга

Рис 138 Формування синусоїдальної напруги з помощио широтно-імпульсної

модуляції (ШІМ)

При управлінні ключами в бруківці схемою дуже важливо виключити випадки, коли одночасно виявляються включені всі ключі і ланцюг живлення виявляється замкнутою накоротко Це може відбуватися, наприклад, при включенні ключів 1 і 2, коли ключі 3 і 4 ще не встигли вимкнутися Для виключення цих ситуацій використовуються спеціальні схеми затримки включення однієї пари ключів на час, необхідний для завершення процесу вимикання іншої пари

Якщо в схему, наведену на Рис 137, додати ще одну секцію з двох транзисторів, то вийде схема керування трифазним електродвигуном (Мал 139)

Рис 139 Типова мостова схема управління трехфазньш електродвигуном

Існує велике різноманіття трифазних схем, розроблених для забезпечення різних спеціальних вимог (малих гармонійних спотворень вихідної напруги, високих рівнів робочих напруг і т д) Одні з них працюють з повним діапазоном вихідної напруги – від максимального позитивного до максимального негативного, а інші, навпаки, забезпечують маленькі кроки зміни вихідного напруги для того, щоб зменшити вплив на двигун різких кидків напруги Серед останніх можна згадати, наприклад, перетворювач з нульовим напругою перемикання (neutralpoint-clamped inverter), пристрій якого забезпечує пять рівнів вихідної напруги проти двох у звичайному перетворювачі Крім величини кроку зміни вихідної напруги, на швидкість його зміни впливає і частота комутації При збільшенні частоти комутації швидкість зміни напруги зростає, так як високочастотні напівпровідникові прилади та переключаються швидше Обмотки електродвигуна, як і обмотки трансформатора, схильні до дії високої швидкості зміни вхідної напруги (jront-of-wave effect) (див гл 7), і використання твердотільних електроприводів з моторами старих

конструкцій може привести до проблем, повязаних з пробоями ізоляції обмоток Стосовно до сучасних електродвигунам їх виробники домоглися сумісності з твердотільними схемами управління

Для роботи безпосередньо від мережі змінного струму і харчування високочастотних трансформаторів, що використовуються в якості навантаження в мостових схемах, можуть бути використані транзистори різних типів Застосування малогабаритних і легких високочастотних трансформаторів і фільтрів зробило революцію в області джерел живлення для різноманітного обладнання, що працює від мережі 120 В змінного струму

Системи з імпульсним перетворенням напруги проникли і в область підсилювачів звукової частоти У традиційних підсилювачах звукової частоти електровакуумні лампи або транзистори працюють в лінійному режимі, так що їх ККД (відношення вихідної потужності до споживаної) знаходиться в межах 25 .. 60%, залежно від того, який використовується режим по зсуву вихідного каскаду Різниця між вихідний і споживаної потужністю розсіюється в елементах конструкції підсилювача У підсилювачах, що працюють у ключовому режимі (їх ще називають «підсилювачі класу D»), вихідні транзистори знаходяться або в режимі відсічення, або в режимі насичення, що сприяє кардинальному зниженню втрат Зазвичай підсилювачі звукової частоти повинні забезпечувати частотний діапазон 20 Гц .. 20 кГц, так що використовувані транзистори повинні мати малі втрати на частотах перемикання 40 кГц і вище Автор залишає іншим судити про вплив цих «гримлять ящиків» (boom Ьохов) на суспільство

Робота на високих частотах

У будь-яких напівпровідникових приладах втрати перемикання пропорційні частоті і значенням комутованого струму Якщо стоїть завдання генерувати задану частоту або управляти нею, то єдиним способом зниження втрат перемикання залишається включення і виключення ключів при можливо менших їх токах А це в свою чергу передбачає використання переключающих елементів з можливістю управління струмом Один з варіантів схеми, реалізує цей підхід, показаний на Рис 1310 У ній низькочастотний понижуючий перетворювач використовується як джерело струму для високочастотної мостової схеми на IGBT-транзисторах, що працює на частоті 30 кГц Управління затворами IGBT-транзисторів синхронізовано із струмом в навантаженні так, що і включення, і виключення ключів здійснюється при значенні струму транзисторів, близькому до нулю У цьому режимі розсіюється на транзисторах потужність знижується настільки сильно, що забезпечується можливість їх застосування для управління потужністю в навантаженні до 50 кВт

Рис 1310 Мостовий перетворювач з живленням від понижуючого перетворювача напруги

Введення гармонік

Максимальна амплітудне значення синусоїдальної напруги, яке можна отримати на виході інвертора, дорівнює напрузі його живлення за вирахуванням падіння напруги на IGBT-транзисторах (Мал 1311, ліворуч) Праворуч на тому ж малюнку представлена ​​комплексна напівхвиля, отримана додаванням до основної синусоїді її третьої гармоніки з амплітудою 15% від основної

Рис 1311 Введення гармонік для збільшення амплітуди вихідної напруги інвертора

Введення цієї гармоніки зменшує амплітудне значення комплексного сигналу в порівнянні з амплітудним значенням його першої гармоніки, і якщо тепер амплітудне значення комплексного сигналу буде обмежено рівнем напруги живлення інвертора, то амплітуда його першої гармоніки зросте на 15% VTOT являє собою амплітуду комплексного сигналу, V3 – амплітуду введеної гармоніки, aVl – амплітуду першої гармоніки, одержуваної при тому ж напрузі живлення Ця схема використовується для поліпшення характеристик потужних приводів електродвигунів при формуванні за допомогою послідовно включених інверторів напруг фаза-нейтраль А от у напружених фаза-фаза третя гармоніка зникає

Послідовні мости

Деякі виробники для управління електродвигунами при середньому рівні напруги зєднують трифазні мости послідовно для отримання напруг фаза-нейтраль Кожен міст при цьому живиться від окремої вторинної обмотки фазосдвігающего трансформатора, що забезпечує зменшення рівня гармонік в споживаному від мережі струмі

На Рис 1312 показана базова схема для 2400-вольта приводу електродвигуна У ній два набори вторинних обмоток зрушені по фазі на 20 ° і -20 ° щодо третього набору, так що виходить 18-імпульсна вхідні ланцюг Три інвертора (A1, A2 і АЗ), на 460 В кожен, зєднані послідовно і формують одну з напруг фаза-нейтраль для живлення двигуна Два інших набору інверторів використовуються для формування інших фазних напруг Незважаючи на гадану складність цієї схеми, подібні вироби цілком конкурентоспроможними і застосовуються до напруг 7200 В при розрахунковій потужності до 20000 л с На ринку схем управління електродвигунами з середнім напругою живлення ці схеми в даний час є основними «гравцями»

Рис 1312 Послідовне зєднання мостових інверторів

Джерело: Сукер К Силова електроніка Керівництво розробника – М: Видавничий дім «Додека-ХХI, 2008 – 252 c: Ил (Серія «Силова електроніка»)