Практическая реализация векторной ШИМ.
Векторные ШИМ реализованы в большинстве контроллеров для управления двигателями переменного тока. Практическая реализация векторных ШИМ возможна на базе стандартной центрированной ШИМ, в которых в качестве несущего сигнала используют D или двухсторонний пилообразный сигнал (рис.8).
Рисунок 8. Формирование интервалов включения транзисторных ключей фаз.
Моменты коммутации транзисторов инвертора определяются моментами равенства опорного треугольного сигнала с текущими значениями модулирующих сигналов 
, 
. В данном варианте реализации векторной ШИМ используется двухпроходная коммутация с переключением базовых векторов на периоде ШИМ в последовательности:
О0 
U0 
U60 O1 U60 
U0 O0.
Относительное значение модулирующих сигналов 
определяются из уравнений:
= 
= 
= + 
+ 
,
где 
, 
– скважности (относительные продолжительности включения) нулевых и базовых векторов
В свою очередь
= 
= 
= 
= 
,
где 
– период ШИМ;
- продолжительности включения нулевых векторов (
– включены нижние, 
- включены верхние транзисторные ключи) на интервале ШИМ;
- продолжительность включения первого и второго базовых векторов.
Учитывая, что 
, получим 
= 
, тогда
Рисунок 9 – К определению скважностей базовых векторов.
Скважности включения базовых векторов можно найти из рис. 9 по теореме синусов, учитывая что:
получим 
,
,
где 
– глубина модуляции;
– максимальная амплитуда выходного напряжения инвертора (напомним, что амплитуды базовых векторов 
, поэтому 
, тогда 
).
В итоге:
|
|
Таким образом, зная: в каком секторе должен быть сформирован вектор напряжения, какой угол он образует с базовыми векторами и глубину модуляции (величину вектора по отношению к максимальному значению) можно определить скважности включения базовых векторов и значения модулирующих сигналов , . Осциллограммы модулирующих сигналов и фазных напряжений приведены на рис.10.
|
|
Рисунок 10 - Осциллограммы модулирующих сигналов и фазных напряжений при формировании максимального выходного напряжения инвертора.
На рис. 10 приведены:
- относительные значения модулирующих сигналов;
- относительное значение средней точки симметричной трехфазной нагрузки, соединенной звездой, относительно минусовой шины звена постоянного тока;
- относительные значения фазных напряжений симметричной трехфазной нагрузки 
.
Из рис.10. видно, что модулирующие сигналы имеют причудливую форму, далекую от синусоидальной, а средняя точка нагрузки 
– плавающая. Она «пульсирует» с частотой третьей гармоники выходного напряжения инвертора и имеет треугольную форму. Фазные напряжения при этом синусоидальны, в относительных единицах имеют амплитуду, равную: 
, что свидетельствует о полном использовании напряжения звена постоянного тока.
Во втором способе реализации векторной ШИМ используется только два модулирующих сигнала 
. Здесь алгоритм переключения базовых векторов следующий:
Число переключений при таком алгоритме в 1,5 раза меньше, что снижает динамические потери в силовых ключах на 30% без ухудшения формы выходного напряжения.