Invertoare PWM

Invertoare

1.1. Introducere. Definiţii, clasificare şi mărimi caracteristice

Invertoarele sunt convertoare statice ce transformă energia de curent continuu în energie de curent alternativ de o anumită formă, amplitudine şi frecvenţă. Invertoarele pot fi utilizate ca surse de tensiune alternativă de siguranţă sau pentru alimentarea şi reglajul vitezelor maşinilor electrice alternative.

Invertoarele se pot clasifica după modul de comutare al dispozitivelor electronice astfel:

-invertoare cu comutaie de la sarcină cu comandă prin reacţie autooscilantă –comutatia dispozitivelor electronice se face cu o frecvenţă apropiată de frecvenţa de rezonanţă a sarcinii ;

- invertoare cu comutaţie cu comandă externă la care comutaţia este realizată de circuite de comandă, în conformitate cu valorile parametrilor ce se doresc să se obţină la ieşirea invertorului.

Invertoarele cu comandă externă se clasifică dupa mai multe criterii:

• După numărul de faze obţinute la ieşirea invertorului:

-invertoare monofazate

-invertoare trifazate

• Dupa natura sursei de alimentare şi după mărimea comutată de dispozitivele electronice (întrerupătoare):

-invertoare de tensiune-sunt invertoarele care se alimentează de la o sursă de tensiune continuă, mărimea comutată fiind tensiunea, curentul fiind impus de sarcină;

-invertoare de curent –sunt alimentate de la o sursă de curent constant, mărimea de ieşire fiind curentul.

• După tipul sarcinii sunt :

-invertoare de bandă largă

- invertoare de bandă ingustă (rezonante).

• Dupa forma semnalului de ieşire:

-invertoare cu semnal dreptunghiular ;

- invertoare cu semnal dreptungiular modulat în durată

- invertoare cu semnal sinusoidal

-invertoare cu sinteză dreptungiulară care aproximează sinusoide prin trepte.

• După modul de comandă al dispozitivelor semiconductoare:

-invertoare comandate cu undă plină (tensiunea de ieşire este de formă dreptunghiulară) ;

- invertoare comandate pe principiul modulării în durată a impulsurilor de comandă, denumite MID sau PWM (în limba engleză Pulse Width Modulation =modularea pulsurilor în laţime).

Invertoarele cu semnal dreptunghiular la ieşire au amplitudinea tensiunii de ieşire fixă şi nu se modifică, iar frecvenţa e variabilă.Această modificare se poate realiza utilizând un redresor comandat sau un chopper pentru alimentarea invertorului.

1.2. Invertoare PWM. Noţiuni fundamentale

Invertorul transformă tensiunea constantă Ui de la intrare într-o tensiune alternativă,care,dacă este şi filtrată corespunzător se apropie ca formă de o tensiune sinusoidală.Dacă sarcina invertorului are caracter inductiv,cum ar fi un motor de curent alternativ,între curentul şi tensiunea de ieşire apare un defazaj .

Comanda PWM a invertoarelor permite modificarea atât a frecvenţei cît şi a amplitudinii tensiunii de ieşire iar armonicele tensiunii de ieşire sunt deplasate spre domeniul frecvenţelor înalte.

In figura 1.1 se prezintă schema bloc a unui invertor, formele de undă ale tensiunii şi curentului de ieşire din invertor,precum şi diagrama de funcţionare.

ii i0

Ui u0

u0,i0

a)

i0

2 1

Redresor Invertor

u0

3 4

Invertor Redresor

Fig. 3.1 : schema bloc, forme de undă, diagrama de funcţionare

În cadranul 1 al diagramei de funcţionare atât u0 cât şi i0 sunt pozitive şi puterea se tranferă de la sursa de alimentare spre consumator,convertorul static funcţionând ca invertor.In cadranul 3 u0 şi i0 sunt negative,regimul de funcţionare fiind de invertor.In cadranele 2 şi 4 u0 şi i0 au polaritate opusă,transferul puterii fiind dinspre consumator spre sursa de alimentare.

La invertoarele PWM ,semnalele de comandă sunt generate comparând un semnal triunghiular ut(t),de frecvenţă fT şi amplitudine uTmax ,numit şi semnal purtător ,şi un semnal de referinţă sau de comandă asemănător ca formă cu semnalul ce se doreşte să se obţină la ieşirea invertorului ,notată cu uc ,de frecvenţă fC şi amplitudine uCmax .

Forma semnalului de comandă modulatoare este de formă sinusoidală ,de preferinţă ,când se doreşte obţinerea la ieşire a unei forme sinusoidale.Frecvenţa fundamentalei semnalului de ieşire este egală cu frecvenţa semnalului de comandă fC .Comparaţia celor două semnale se face în cadrul unui comparator ,a cărui ieşire după prelucrare se aplică dispozitivelor semiconductoare ale invertorului. Dacă tensiunea de la la ieşirea comparatorului este pozitivă (uC >uT ) sau negativă (uC <uT ) . Frecvenţa fT determină frecvenţa de comutaţie a dispozitivelor semiconductoare.