Leistungselektronik - Pulsweitenmodulation

PWM ist eine Technik, die verwendet wird, um die gesamte harmonische Verzerrung (THD) in einem Laststrom zu reduzieren. Es wird eine Impulswelle in rechteckiger / quadratischer Form verwendet, die zu einem variablen durchschnittlichen Wellenformwert f (t) führt, nachdem ihre Impulsbreite moduliert wurde. Die Zeitdauer für die Modulation ist gegeben durch T. Daher ist der Wellenformmittelwert gegeben durch

$$ \ bar {y} = \ frac {1} {T} \ int_ {0} ^ {T} f \ left (t \ right) dt $$

Sinusförmige Pulsweitenmodulation

In einem einfachen Quellenspannungswechselrichter können die Schalter nach Bedarf ein- und ausgeschaltet werden. Während jedes Zyklus wird der Schalter einmal ein- oder ausgeschaltet. Dies führt zu einer Rechteckwellenform. Wenn der Schalter jedoch mehrmals eingeschaltet wird, wird ein harmonisches Profil erhalten, das die Wellenform verbessert.

Die sinusförmige PWM-Wellenform wird erhalten, indem die gewünschte modulierte Wellenform mit einer dreieckigen Wellenform hoher Frequenz verglichen wird. Unabhängig davon, ob die Spannung des Signals kleiner oder größer als die der Trägerwellenform ist, ist die resultierende Ausgangsspannung des Zwischenkreises entweder negativ oder positiv.

Die sinusförmige Amplitude wird als A _m und die des Trägerdreiecks als A _{c angegeben} . Für sinusförmige PWM ist der Modulationsindex m durch A _m / A _{c gegeben} .

Modifizierte Sinuswellenform PWM

Eine modifizierte sinusförmige PWM-Wellenform wird zur Leistungssteuerung und Optimierung des Leistungsfaktors verwendet. Das Hauptkonzept besteht darin, den im Netz verzögerten Strom durch Modifizieren des PWM-Wandlers in das Spannungsnetz zu verschieben. Folglich gibt es eine Verbesserung des Wirkungsgrads der Leistung sowie eine Optimierung des Leistungsfaktors.

Mehrere PWM

Die Mehrfach-PWM verfügt über zahlreiche Ausgänge, deren Wert nicht gleich ist, deren Zeitraum jedoch für alle Ausgänge konstant ist. Wechselrichter mit PWM können mit Hochspannungsausgang betrieben werden.

Die Wellenform unten ist eine Sinuswelle, die von einer Mehrfach-PWM erzeugt wird

Spannungs- und Oberschwingungsregelung

Eine periodische Wellenform mit einer Frequenz, die ein Mehrfachintegral der Grundleistung mit einer Frequenz von 60 Hz ist, wird als Harmonische bezeichnet. Die gesamte harmonische Verzerrung (THD) bezieht sich dagegen auf den Gesamtbeitrag aller harmonischen Stromfrequenzen.

Oberschwingungen sind durch den Impuls gekennzeichnet, der die Anzahl der in einer bestimmten Schaltung verwendeten Gleichrichter darstellt. Es wird wie folgt berechnet:

$$ h = \ left (n \ times P \ right) +1 \ quad oder \ quad -1 $$

Wo n - ist eine ganze Zahl 1, 2, 3, 4… .n

P - Anzahl der Gleichrichter

Es ist in der folgenden Tabelle zusammengefasst -

Harmonic	Frequency
1	60 Hz
2. nd	120 Hz
3. rd	180Hz
4 ..	240Hz
5 .. . . 49 ..	300Hz . . 2940Hz

Oberschwingungen wirken sich auf die Spannungs- und Stromabgabe aus und können mithilfe von Trenntransformatoren, Netzdrosseln, der Neugestaltung von Stromversorgungssystemen und Oberschwingungsfiltern reduziert werden.

Serienresonanzwechselrichter

Ein Resonanzwechselrichter ist ein elektrischer Wechselrichter, dessen Betrieb auf der Schwingung des Resonanzstroms basiert. Hier sind die Schaltvorrichtung und die Resonanzkomponente in Reihe miteinander geschaltet. Aufgrund der natürlichen Eigenschaften der Schaltung fällt der durch die Schaltvorrichtung fließende Strom auf Null.

Dieser Wechselrichtertyp liefert eine sinusförmige Wellenform bei sehr hohen Frequenzen im Bereich von 20 kHz bis 100 kHz. Es ist daher am besten für Anwendungen geeignet, die eine feste Leistung erfordern, wie Induktionsheizung und Leuchtstofflampen. Es ist normalerweise klein, weil seine Schaltfrequenz hoch ist.

Ein Resonanzwechselrichter hat zahlreiche Konfigurationen und wird daher in zwei Gruppen eingeteilt -

• Die mit unidirektionalen Schaltern
• Die mit bidirektionalen Schaltern