Всплески перенапряжения в выходной цепи инвертора напряжения с ШИМ

Высокие скорости изменения выходного напряжения являются причиной возникновения перенапряжений.

Линия связи представляет собой длинную линию (между инвертором и нагрузкой).

Для высоких частот индуктивности нагрузки представляют собой очень высокое сопротивление.

Уравнение длинной линии:

, – индуктивность и емкость погонного метра линии (Гн/м, Ф/м).

Если применить преобразование Лапласа, то решение имеет вид:

s – оператор Лапласа.

ρ – волновое сопротивление: .

υ – скорость распространения волны в линии: .

– временная функция падающей (прямой) волны от источника к нагрузке.

– временная функция отраженной (обратной) волны.

Коэффициент отражения в начале линии:

– внутреннее сопротивление источника питания.

У нас .

Коэффициент отражения в цепи нагрузки:

– сопротивление нагрузки.

Если построить характер изменения напряжения нагрузки, то это напряжение будет иметь такой вид:

Где .

В цепи нагрузки мы будем наблюдать двойное напряжение, которое связано с волновым характером цепи.

Наличие таких всплесков перенапряжений приводит к снижению ресурса службы нагрузки. Следовательно, надо бороться с этими всплесками.

Реально, существует фронт:

У современных инверторов значение стремится к 2000 В/мкс.

Если , то всплеск перенапряжения не наблюдается.

Если , то наблюдается превышение напряжения:

(1)

Чтобы увеличить длительность фронта, используется специальные фильтры.

Методика расчета.

Задались превышением напряжения – 10÷20% от .

Из соотношения (1) определяют длительность фронта .

Рассчитывают параметры фильтров.

Частотная характеристика:

(2)

(3)

В этом случае , где – частота среза фильтра.

Выражение для нахождения :

,

где .

По длительности фронта находим .

Эти коэффициенты обеспечивают монотонный характер частотной характеристики.

По частоте находят частоту . По частоте находят частоту . Из соотношений (2) и (3) находят параметры фильтра.

– обеспечивает согласование максимальной отдачи мощности.

Для мощностей порядка 100кВА параметры фильтра следующие: и – десятки мкГн и мкФ.

Емкость выполняется в виде параллельного соединения пленочных и керамических конденсаторов.

Пленочные конденсаторы ведут себя как конденсаторы до 100 кГц. У керамических конденсаторов рабочая частота составляет десятки МГц.

Определим мощность резистора .

Изменение напряжения инвертора:

– действующее значение тока в резисторе .