Автономный однофазный инвертор с высоким качеством выходного напряжения

Аннотация

Представлено решение актуальной проблемы повышения качества выходного сигнала автономных инверторов напряжения. В отличие от традиционно используемой для этой цели широтно-импульсной модуляции (ШИМ), предложена топология, содержащая мостовой однофазный инвертор и коммутатор источников постоянного тока на входе, позволяющий формировать на нагрузке восьмиступенчатое напряжение с суммарным коэффициентом гармоник 6,9 %, что удовлетворяет требованиям современного стандарта на качество электроэнергии. Новизна технического решения подтверждена патентом на полезную модель. Оптимизация кривой многоступенчатого, аппроксимирующего синусоиду сигнала по критерию минимума коэффициента гармоник проводилась с помощью эволюционного моделирования (генетического алгоритма). Исследование электромагнитных процессов осуществлялось методом имитационного моделирования. Полученные результаты подтвердили неизменность коэффициента гармоник выходного напряжения инвертора во всем диапазоне изменения коэффициента мощности нагрузки и устойчивость системы при мгновенном увеличении и уменьшении нагрузки.

Значимость предложенного и исследованного схемного решения определяется преимуществами ступенчатой модуляции по сравнению с широтно-импульсной:

– низкие динамические потери в ключевых элементах, позволяющие использовать инвертор в широком диапазоне частот;

– независимость коэффициента гармоник от частоты и характера нагрузки;

– уменьшение массогабаритных показателей, вследствие отсутствия необходимости установки фильтра на выходе инвертора, поскольку гарантируемое качество электроэнергии соответствует требованиям стандарта;

– отсутствие по сравнению с методом широтно-импульсной модуляции негативного влияния на характеристики потребителей и сроки их эксплуатации, если не используются фильтры высших гармоник.

Область применения рассмотренной схемы инвертора включает радиоэлектронную технику, аппаратуру связи, электропривод. Наибольшие преимущества предложенного схемотехнического решения проявляются при включении инвертора в систему локального электроснабжения с возобновляемыми источниками электроэнергии (солнечные панели, аккумуляторы), поскольку в этом случае исключается установка гальванически изолированных выпрямителей в качестве источников постоянного тока на входе АИН.