4. ТРАНЗИСТОРНЫЕ ИНВЕРТОРЫ С ПЕРЕМЕННЫМ УГЛОМ ПРОВОДИМОСТИ. ИНВЕРТОР С ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

С целью улучшения гармонического состава кривой вы­ходного напряжения и регулирования его амплитуды приме­няются более сложные алгоритмы переключения транзисто­ров инвертора, при которых происходит дополнительная ком­мутация (двух, четырех и т. д.) транзисторов в течение полупериода в моменты, отличные от 0, ,  и т. д. Для получения симметрии кривой выходного напряжения число дополнительных коммутаций должно быть четным. При этом, по аналогии с реверсивным транзисторным ШИП, управ­ление транзисторами инвертора может быть симметричным и несимметричным (см. рис.3.1,а).

При симметричном управлении кривая выходного напряжения на каждом полупериоде состоит из импульсов чередующейся полярности. Форма напряжения для данного случая и при четырех дополнительных коммутациях за полупериод показана на

рис.4.1,а. В интервале 0… включены транзисторы VТ1, VТ2. В промежутке проводят транзисторы VТЗ, VТ4, а VТ1, VТ2 — заперты и т. д. Ампли­туда -й гармоники напряжения  (рис.4.1,а) равна:

                            (4.1)

Третья и пятая гармоники являются наиболее значительны­ми и трудноподавляемыми. Исключение из спектра выходно­го напряжения этих гармоник достигается выбором соответ­ствующих углов  и . Подставляя в (4.1)  = 3,  = 5 и приравнивая соответствующие уравнения нулю, находим =23,62°, =33,30°.  Дробные углы неудобны при реали­зации систем управления. При ближайшем целом значении ,  третья и пятая гармоники будут отличны от нуля, однако их амплитуда получается весьма незначительной. Точные значения амплитуд гармонических находятся из (4.1) при подстановке выбранных целых значений  и .

При несимметричном управлении кривая выходного на­пряжения в течение полупериода состоит из импульсов одной полярности.



На рис.4.1,б представлены диаграммы проводи­мости транзисторов и форма напряжения на нагрузке при четырех дополнительных коммутациях в интервале 0…. При  открыты транзисторы VТ1, VТ2. В промежутке  транзистор VТ2 запирается, а VТЗ открывается. Напряжение , так как нагрузка закорочена транзисто­рами VТ1, VТЗ (см. рис.3.1,б). При  вновь открыва­ется VТ2 и запирается VТЗ и к нагрузке прикладывается на­пряжение источника питания положительной полярности и т. д. Транзистор VТ4 в первый полупериод постоянно за­крыт. Во втором полупериоде запертым оказывается VТ1; VТ4 постоянно включен, а транзисторы VТ2 и VТЗ поочередно переключаются. Амплитуда -й гармоники напряжениями в данном случае находится по формуле (4.1) при p =1.

Для подавления 3 и 5-й гармоник необходимо выбрать углы включения транзисторов =18°, =38°.

Мостовая схема инвертора (см. рис.3.1,а) может рабо­тать при многократных коммутациях транзисторов в течение полупериода выходного напряжения. Форма напряжения на нагрузке для этого случая избрана на рис.4.1,в. При этом исключаются все гармоники частот ниже частоты импульсов, на которые разделено напряжение .

Качественно улучшить гармонический состав напряжения на нагрузке возможно при использовании широтно-импульсной модуляции (ШИМ) выходного напряжения инвертора.

При широтно-импульсной модуляции формирование кри­вой выходного напряжения осуществляется путем многократ­ного переключения транзисторов с высокой частотой , называемой несущей частотой или частотой коммутации (рис.4.2,а). Длительность импульсов несущей часто­ты изменяется с каждым периодом в соответствии с законом напряжения управления (модулирующего напряжения). Это достигается при сравнении опорного (пилообразного) напря­жения несущей частоты с кривой модулирующего напряже­ния , частота которого определяет частоту выходного напряжения. В момент равенства напряжений  и  (точ­ки а, б на рис.4.2,а,б) происходит переключение транзисто­ров.

Рис. 4.1. Иллюстрация формирования напряжения

с многократным переключением вентилей