Способ уменьшения амплитуд высших гармоник в выходном напряжении частотного преобразователя
Современные низковольтные частотные преобразователи, построенные по принципу автономных инверторов с широтно-импульсной модуляцией, обладают большими амплитудами высших гармоник в выходном напряжении. Это негативно сказывается на работе асинхронного или синхронного двигателя, подключенного к такому преобразователю, поскольку вызывает снижение коэффициента полезного действия машины переменного тока. Произведен анализ причин плохого гармонического состава выходного напряжения традиционных инверторов с синусоидальной широтно-импульсной модуляцией; отмечено, что основной из них является введение «мертвого» времени при переключении полумостов каждый период модуляции. Предложен способ синусоидальной модуляции, не требующий введения «мертвого» времени. Рассмотрены режимы функционирования силовых транзисторов при таком способе коммутации и диаграммы управляющих сигналов. Найдены аналитические выражения, позволяющие определить действующее значение выходного напряжения частотного преобразователя и коэффициенты высших гармоник при предлагаемом способе коммутации силовых транзисторов. Определена основная причина низкого действующего значения фазного напряжения на выходе инвертора при синусоидальной широтно-импульсной модуляции - неэффективное использование периода коммутации. Предложен способ синусоидальной модуляции, не требующий введения «мертвого» времени, повышающий действующее значение выходного напряжения и уменьшающий в 75 раз суммарный коэффициент гармонических составляющих. Приведены диаграммы сигналов, управляющих силовыми транзисторами и обеспечивающих снижение амплитуд высших гармоник на выходе частотного преобразователя. Произведена аппроксимация гармоническим рядом Фурье выходного напряжения инвертора, получающегося в случае применения предложенного способа коммутации силовых транзисторов. Отмечено, что для технической реализации синусоидальной модуляции, обеспечивающей малые амплитуды высших гармоник, необходимы только два широтно-импульсных модулятора.