Содержание к диссертации
Введение
Глава I Качество электроэнергии и способы его улучшения 8
1.1 Показатели качества электроэнергии и требования предъявляемые к ним 8
1.2. Причины и последствия ухудшения качества электроэнергии 19
1.3. Устройства, предназначенные для улучшения качества электроэнергии 27
Глава II Анализ установившихся режимов работы регулятора качества электроэнергии и разработка методов расчета параметров его силовой части 42
2.1 Устройство и принцип действия регулятора качества электроэнергии 42
2.2. Анализ установившихся режимов работы 46
2.3. Методика проектирования силовой части регулятора качества электроэнергии 52
Глава III Разработка алгоритма управления и анализ динамических свойств системы . 66
3.1. Разработка алгоритма управления регулятором качества электроэнергии 66
3.2. Определение передаточной функции системы, анализ устойчивости и качества регулирования 81
3.3. Выбор алгоритма управления четырехквадрантными преобразователем 92
Глава IV Математическое и физическое моделирование режимов работы регулятора качества электроэнергии 99
4.1. Математическое моделирование 99
4.2. Физическое моделирование 117
Заключение 124
Список литературы 126
- Причины и последствия ухудшения качества электроэнергии
- Методика проектирования силовой части регулятора качества электроэнергии
- Определение передаточной функции системы, анализ устойчивости и качества регулирования
- Выбор алгоритма управления четырехквадрантными преобразователем
Введение к работе
Нормальная работа потребителей электроэнергии и выполнение возложенных на них функций зависит от совокупности характеристик потребляемой ими электроэнергии, которые определяют ее качество.
Последствия ухудшения качества электроэнергии могут проявляться в виде технологического (порча и ухудшении качества продукции, расстройстве технологических процессов, снижении производительности механизмов) и электромагнитного (снижение эффективности процессов генерации и передачи электроэнергии, нарушение нормальной работы, уменьшение срока службы и выход из строя электрооборудования, нарушении работы телемеханики, автоматики, связи) ущерба.
Благодаря широкому распространению электроэнергии проблема ее качества приобрела большое значение.
Она усугубилась вместе с развитием и широким внедрением на производстве силовых электронных преобразователей. Это связано с их негативным влиянием на сеть, которое проявляется в основном в виде увеличения реактивной мощности и мощности искажения. Причиной этого является импульсный характер процессов преобразования электроэнергии посредством ключевых элементов.
Комплекс указанных причин побудил развитые страны разработать и принять многочисленные программы энергосбережения, а также стандарты с жесткими требованиями к качеству электроэнергии, в которых в том числе ограничивается уровень гармонических составляющих тока, создаваемых нелинейными потребителями.
Для улучшения качества электроэнергии традиционно используются тиристорные стабилизаторы, конденсаторные батареи, синхронные генераторы и пассивные фильтры. Кроме этого получили распространение АБП и регуляторы качества электроэнергии , которые, как правило, имеют несколько функций. Обладая определенными недостатками, эти устройства не позволяют в ряде случаев эффективно решать возложенные на них задачи.
Новая элементная база силовой электроники, появившаяся в 90-х годах XX века, позволила создавать эффективные преобразователи переменного/постоянного тока, работающих в 4-х квадрантах комплексной плоскости параметров на стороне переменного тока. Это позволяет управлять потоками электроэнергии в любом направлении по заданному закону. При подключении накопителей энергии к преобразователю со стороны постоянного тока становится возможным осуществлять обмен реактивной мощностью, включающей мощность высших гармоник между сетью переменного тока и накопителем. Эта схема лежит в основе наиболее эффективных и перспективных методов регулирования качества электроэнергии, которые были применены при создании активных и гибридных фильтров, предназначенных для устранения искажений тока или напряжения.
Современные методы активной фильтрации и компенсации неактивной мощности были успешно использованы для решения других задач, связанных с обеспечением качества электроэнергии. Например, стабилизации напряжения и др. Так, с учетом возможностей активного фильтра был разработан регулятор качества электроэнергии нового поколения, что нашло свое отражение в работах Розанова Ю.К., Рябчицкого М.В., Алферова Н.Г, и др.
Это устройство является одним из самых перспективных на сегодняшний день, поскольку в отличие от других, выполняющих те же функции, использует однократное преобразование энергии с загрузкой силовой части регулятора пропорционально ухудшению качества электроэнергии.
За рубежом получил распространение термин «power conditioner - кондиционер сети. Однако, регулятор качества электроэнергии не выполняет свои функции при некоторых случаях ухудшения качества электроэнергии, таких как кратковременные провалы сетевого напряжения, искажение его формы, отклонение частоты и др. Это обстоятельство ограничивает область его применения.
В настоящее время не проработан вопрос устранения указанных недостатков и создания многофункционального регулятора качества электроэнергии с расширенной областью функциональных возможностей, который бы обеспечивал питание нагрузки при любых случаях ухудшения качества электроэнергии. На сегодняшний день работ на эту не существует как в нашей стране, так и за рубежом.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ.
Улучшить и расширить функции регулятора качества электроэнергии, создать на его основе многофункциональное устройство, обеспечивающее заданное качество выходного напряжения, фильтрацию высших гармоник тока и компенсацию реактивной мощности при различных возмущающих воздействиях нагрузки и питающей сети, включая кратковременные провалы входного напряжения (1-2 периода), искажения его формы и отклонение частоты.
Достижение цели потребовало решения комплекса следующих задач:
1. проведение аналитического обзора современных научно - технических решений в этой области, выявление наиболее перспективных принципов регулирования параметров электроэнергии с применением силовых электронных приборов;
2. разработка нового принципа управления регулятором качества электроэнергии, позволившего улучшить и расширить его функции;
3. проведение анализа электромагнитных процессов в новых режимах работы и на его основе разработка методики инженерного проектирования силовой части регулятора; 4. разработка алгоритма функционирования, в различных режимах работы;
5. разработка математических моделей.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.
Для решения поставленных задач были использованы методы теории электрических цепей, методы теории автоматического управления, методы анализа преобразователей переменного/постоянного тока, основанные на усреднении переменных, методы цифрового моделирования и численного анализа.
ОБОСНОВАНИЕ И ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ.
Подтверждается использованием апробированных методов анализа электромагнитных процессов в силовых электронных устройствах и корректностью принятых допущений, а также экспериментальными результатами, полученными на физических моделях.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА.
На защиту выносятся следующие результаты:
1. впервые разработаны принципы создания многофункционального регулятора качества электроэнергии, реализующего функции: стабилизации выходного напряжения; фильтрации высших гармоник тока нелинейной нагрузки и сетевого напряжения, включая его исчезновение на время, не превышающее нескольких периодов (1-2 периода); компенсации реактивной мощности нагрузки;
2. разработана методика проектирования основных элементов силовой части с учетом требуемого качества выходного напряжения и минимизации стоимости устройства;
3. разработана структура и алгоритм управления регулятором, в различных режимах работы, обеспечивающие заданные функции; 4. разработана математическая модель регулятора с емкостным накопителем и импульсным управлением, которая позволяет оценить динамические характеристики последнего и скорректировать звенья системы управления.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ.
В результате выполненной работы предложено новое схемотехническое решение многофункционального регулятора качества с широкими функциональными возможностями, позволяющего обеспечить высокое качество электроснабжения потребителей при одновременном повышении их энергоэффективности.
РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ.
Полученные результаты использованы при разработке новых устройств в ГОКБ «Прожектор».
АПРОБАЦИЯ.
Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных конференциях: МКЭЭ-2000 (Россия, Клязьма), СЭЭ 2001 (Украина, Алушта) а также на семинарах Общества инженеров Силовой Электроники и заседаниях кафедры Электрических и Электронных Аппаратов в 2000-2001 гг.
ПУБЛИКАЦИИ.
По теме диссертации опубликовано 8 работ, на конкурсной основе при поддержке конкурсного центра по грантам Министерства образования России выполняется работа на тему: "Разработка принципов создания аппаратов для улучшения качества электроэнергии в энергосистемах с нетрадиционными источниками питания".
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы и имеет объем 133 стр., 78 рисунков, 21 таблицу.
Причины и последствия ухудшения качества электроэнергии
Современное электрооборудование, применяемое в связи, медицине, транспорте, производстве и других сферах человеческой деятельности, предъявляет высокие требования к качеству потребляемой электроэнергии. Проблемы электропитания могут привести к сбоям в работе оборудования, сокращению срока службы и выходу его из строя.
Отклонение какого-либо параметра питающего напряжения от нормы (часто этой нормой устанавливают упомянутый ГОСТ 13109-97) может стать причиной работы элементов в недетерминированной области их характеристик и привести к некорректной работе прибора в целом. Особенно трудно гарантировать работу схемы при одновременных отклонениях сразу нескольких параметров питающего напряжения. Такая ситуация часто приводит к непрогнозируемой работе приборов, снижению КПД и преждевременному выходу оборудования из строя. В связи с этим поставщики электротехнического оборудования гарантируют его работоспособность при заданном качестве электроэнергии [6, 7].
Среди многих других последствий некачественного электроснабжения особенно следует выделить информационные сбои, возникающие в телекоммуникационных и компьютерных сетях. Как свидетельствует статистика, более половины случаев потери и искажения данных в компьютерных системах вызывается неполадками именно в силовых сетях электроснабжения [8]. Большинство современных технологических процессов управляется телекоммуникационной, микроконтроллерной и компьютерной аппаратурой. Поэтому информационные сбои, вызывающие искажения управляющих сигналов и нарушения нормальной работы оборудования, могут иметь катастрофические последствия. В первую очередь это касается предприятий с непрерывными технологическими циклами производства.
Таким образом, результаты длительного труда целых организаций, финансовая и экономическая безопасность предприятий, экологическая обстановка и, главное, сохранность человеческих жизней находятся в сильной зависимости от качества электроснабжения. По оценкам крупных мировых корпораций ущерб от некачественного напряжения для фирмы составляет от 1 до 50 тыс. $ в час.
В каждом конкретном случае необходимо учитывать технические характеристики используемого оборудования, режим работы предприятия или организации и требования к защите данных. К сожалению, далеко не всегда электроэнергия соответствует установленным стандартам качества. По данным ф. MAS Elektronikhandels в США наиболее часто встречаются следующие случаи ухудшения качества электроэнергии (рис. 1.5): провалы напряжения - кратковременное понижение напряжения до величины, меньшей 90% от номинального значения. Обычно вызываются резким увеличением нагрузки на сеть (включением мощных потребителей - промышленного оборудования, лифтов, насосов и т.п.); повышение напряжения (перенапряжение) - кратковременное увеличение напряжения в сети более 110% от номинального значения. Обусловлены внезапным уменьшением нагрузки на сеть (отключением мощных потребителей ); всплески напряжения (высоковольтные выбросы) - кратковременные (не более 10-100 мс), очень значительные увеличения напряжения, до 20 кВ. Возникают из-за близкого грозового разряда или включения напряжения на подстанции после аварии; высокочастотный шум - радиочастотные помехи. Причиной могут служить коммутационные процессы в устройствах силовой электроники, работа реле и радиопередатчиков; колебания частоты - кратковременные или длительные отклонения частоты питающего напряжения от номинального значения (50 Гц). Как правило, вызываются нестабильностью частоты вращения ротора генератора; искажения формы напряжения - значительные отклонения формы напряжения от синусоиды. Создаются импульсными блоками питания и другой нелинейной нагрузкой; полное исчезновение напряжения в сети. Вызывается срабатыванием системы аварийной защиты силовой цепи, отказом основного или резервного источника электроснабжения.
Известны результаты исследований, проведенных в США фирмами Bell Labs и IBM, согласно которьм каждый персональный компьютер подвергается воздействию 120 нештатных ситуаций, связанных с электропитанием, в месяц. На рис 1.6 показаны результаты этих исследований.
Методика проектирования силовой части регулятора качества электроэнергии
Основными элементами, определяющими стоимостные показатели регулятора качества с емкостным накопителем (рис.2.3), являются: низкочастотный реактор; силовые электронные ключи (транзисторы с обратными диодами, тиристоры); накопительный конденсатор.
Действующее значение развиваемого преобразователем тока /„ зависит от входного напряжения, характера и величины нагрузки, а также от индуктивности реактора:
Эта зависимость получена из анализа уравнений 2.2 - 2.4 и векторных диаграмм. Она позволяет определить максимальный ток преобразователя при различных значениях индуктивности дросселя и линейной нагрузки.
Необходимо отметить, что преобразователь в рассматриваемом устройстве должен иметь мощность большую или равную мощности нагрузки. В противном случае преобразователь не обеспечит питание нагрузки во время автономной работы устройства, поэтому необходимо выделить область возможных значений низкочастотной индуктивности. На рис.2.9 приведены зависимости максимального значения тока преобразователя 1пт от индуктивности низкочастотного дросселя при линейной нагрузке, там же пунктирной линией показано значение амплитуды тока нагрузки. Расчеты производились для наиболее тяжелого режима работы, который имеет место при пониженном сетевом напряжении и активно-емкостной нагрузке. В этом случае ток преобразователя имеет емкостной характер (см. рис. 2.7), который необходим для стабилизации напряжения и реактивной мощности нагрузки.
На всех полученных графиках при любых допустимых значениях индуктивности, максимальный ток преобразователя всегда больше максимального тока нагрузки (пунктирная линия). Отсюда следует, что мощность преобразователя в любом случае будет больше мощности нагрузки. Таким образом, при проектировании регулятор качества электроэнергии не следует дополнительно проверять условие работоспособности в автономном режиме.
При проведении анализа себестоимости основных элементов силовой части устройства сначала для заданного значения индуктивности низкочастотного дросселя определялся максимальный ток силовых транзисторов преобразователя, затем по известной методике рассчитывалась габаритная мощность дросселя [74]. На основе этих данных определялась суммарная стоимость транзисторов и дросселя (рис.2.10.).
Для однофазных схем следует отдать предпочтение CoolMOS или IGBT транзисторам, которые в настоящее время вытеснили в подобных применениях другие типы транзисторов. Эти приборы производят большое количество фирм. Например, фирма Infineon имеет транзисторы на максимальный ток 2, 5, 10,25, 50, 75, 100, 150 А и выше.
При анализе использовались цены на транзисторы и дроссели, представленные на российском рынке крупнейшим поставщиком электронных и пассивных компонентов ф. «Платан».
Исходя из полученных данных, можно утверждать, что имеется некоторое оптимальное значение индуктивности, при которой суммарная цена всего устройства будет минимальной. Это значение индуктивности находится в пределах от 40 до 20 мГн для различных мощностей. Это обстоятельство нужно учитывать при выборе значения индуктивности.
После нахождения максимального тока преобразователя для выбора типа силовых транзисторов необходимо определить максимальное напряжение, прикладываемое к ним. Оно равно напряжению на накопительном конденсаторе. Последнее во всех режимах работы должно быть больше амплитуды сетевого напряжения. Это условие нормального функционирования четырехквадрантного преобразователя. Большинство электролитических конденсаторов, предназначенных для накопления энергии в импульсных устройствах, имеют номинальное напряжение не более 450 В.
С учетом сказанного целесообразно принять, что напряжение на накопительном конденсаторе должно изменяться от 350 до 450 В.
Современная техника выдвигает расширенные требования к конденсаторам, как по видам электрической нагрузки, так и по номинальным параметрам этих конденсаторов при минимизации массогабаритных показателей. Поэтому на сегодняшний день существует большое количество типов конденсаторов с различными электрическими характеристиками, конструкциями и областями применения. Правильное применение конденсатора во многом определяет надежную работу устройства в целом.
Для применения в качестве накопительного конденсатора большой емкости при униполярном импульсном напряжении рекомендуется использовать электролитические конденсаторы: алюминиевые (типа К50), танталовые (типов К51, К52), или оксиднополупроводниковые (типа К53) [64]. Данные конденсаторы характеризуются очень большими удельными емкостями. Они применяются в шунтирующих и фильтровых цепях, и цепях накопления энергии в импульсных устройствах. Номинальное напряжение подобных конденсаторов не более 450В.
Емкость накопительного конденсатора должна определяется по следующим трем условиям: а) энергии накопленной в конденсаторе должно быть достаточно для обеспечения автономной работы регулятора в течении заданного времени. При наличие источника электрической энергии это условие теряет свою силу, поскольку время автономной работы в данном случае определяется его энергоемкостью; б) пульсации напряжения в любом режиме работы должны быть меньше допустимых для данного типа конденсатора; в) пульсации напряжения в любом установившемся режиме работы не должны вызывать существенного изменения частоты выходного напряжения и приводить к незатухающему переходному процессу. Для обеспечения автономной работы изменение энергии накопительного конденсатора при разрядке от номинального напряжения до минимального, должно быть равно энергии потребленной нагрузкой за это время. Отсюда время автономной работы tap определяется как: Эта зависимость позволяет определить емкость исходя из времени автономной работы. В зависимости от требований к регулятору это время может быть различно. При его определении следует учитывать время работы устройства в автономном режиме уже после улучшения качества сети. Как будет показано в главе 3, включение в сеть возможно только при определенном угле между входным и выходным напряжением. Для обеспечения этого угла требуется некоторое время tap , которое зависит от допустимого изменения периода выходного напряжения AT:
Определение передаточной функции системы, анализ устойчивости и качества регулирования
Регулятор качества электроэнергии относится к нелинейным системам, анализ которых представляет собой весьма сложную задачу. Часто удается идеализировать реальные характеристики элементов и заменить их на линейные без изменения существенных черт явлений. В результате анализ подобных систем облегчается и представляет собой хорошо изученную задачу. В любом случае, на первом этапе анализа, необходимо составить уравнения описывающие систему [66-69]. Система управления выполняет функцию стабилизации напряжения на накопительном конденсаторе. При этом разность активной мощности потребляемой из сети и активной мощности поступающей в нагрузку компенсируется преобразователем и вызывает изменение напряжения на накопительном конденсаторе UK в соответствии с уравнением: где : AWK- разность энергии поступающей из сети и энергии поступающей в нагрузку за период. Это уравнение справедливо, если учесть, что пульсация напряжения на накопительном конденсаторе, вызванная компенсацией реактивной мощности и фильтрацией токов высших гармоник, незначительна. Это одно из условий выбора емкости накопительного конденсатора, которые были сформулированы в главе 2. Из уравнения 3.8: где AUK = UKH0M -UK- изменение напряжения на накопительном конденсаторе Преобразуем уравнение (3.10): Уравнения (3.9) и (3.12) описывают низкочастотные процессы в регуляторе качества электроэнергии. Они позволяют оценить устойчивость системы и качество регулирования. Систему управления, работающую вблизи некоторого известного режима, характеризуемую известной функцией, можно линеаризовать, разложив функцию в ряд Тейлора и ограничившись лишь его линейными относительно приращений членами. Исходное уравнение будет уже линейным дифференциальным уравнением, но его коэффициенты будут функциями времени. Если функция мало изменяется во времени, то их приближенно можно заменить вообще постоянными величинами. После этого удается прийти к линейному дифференциальному уравнению с постоянными коэффициентами. В соответствии с изложенным уравнение (3.12) возможно линеаризировать, приводя его к виду: На рис. 3.15 приведены графики двух указанных зависимостей, отраженных в табл. 3.1. Погрешность расчета AU K по приближенной зависимости не превышает 10 %. Такая погрешность, как показывает анализ литературы, является допустимой [66]. Функция AUK имеет монотонный характер. Линеаризация подобных функций дает удовлетворительные результаты.
В табл.3.2. приведены значения изменения мощности потребляемой из сети Рс в зависимости от угла сдвига фаз между входным и выходным напряжениями рассчитанной по двум формулам (3.16) и (2.7). Данные получены при номинальных значений амплитуд входного и выходного напряжений 311В, индуктивности дросселя 20 мГн и угла сдвига фаз между этими напряжениями 0.7 рад. (40 град.). Зависимость, как и в предыдущем случаи, имеет монотонный характер. Анализ зависимостей изменения потребляемой сетевой мощности, от угла сдвига фаз между входным и выходным напряжением, и от изменения входного напряжения одновременно, показал, что относительная погрешность на отрезке угла р (0.3-0.9) рад., и напряжения (250-370) В, во всех случаях менее 25 %. Такая точность является в большинстве случаев приемлемой для предварительного анализа систем.
Таким образом, структурная схема имеет линейные или линеаризованные элементы, и для дальнейшего анализа возможно использование хорошо разработанного метода анализа линейных систем. Все функции, кроме p(AUx), определяются параметрами силовой схемы регулятора качества электроэнергии и не могут быть изменены на этапе разработки системы управления. В этой связи задача последующего исследования состоит в нахождении указанной функции, то есть зависимость угла ср от напряжения на накопительном конденсаторе. При этом должны выполняться требования устойчивости системы, и удовлетворительного качества регулирования. Имеет смысл проверить выполнения этих требований при линейной зависимости, поскольку в этом случае реализовать систему управления было бы наиболее просто. Введем дополнительную передаточную функцию, которая равна константе: Дальнейшее упрощение (рис. 3.17) с учетом того, что увеличение UK должно вызывать уменьшение (ри наоборот приводит к схеме, показанной нарис. 3.18. Необходимым и достаточным условием устойчивости линейной системы является отрицательность действительных частей характеристического уравнения. Рассматриваемая система является устойчивой при принятых допущениях и любых значениях коэффициента Кр Окончательный вывод об устойчивости системы с заданным коэффициентом К и корректности сделанных допущений, можно сделать только после математического моделирования. Однако можно утверждать, что найдется такой коэффициент К , при котором система будет устойчивой. Переходный процесс представляет закон изменения ее выходной координаты после внезапного приложения сигнала на входе. В качестве типового воздействия используем ступенчатую функцию, которая близка к реальному воздействию (рис.3.19).
Выбор алгоритма управления четырехквадрантными преобразователем
Сформулируем необходимые свойства системы управления следящего преобразователя, которые обеспечивают заданное качество выходного напряжения в статических и динамических режимах [70-72]: отслеживание регулируемой координатой (обычно выходного напряжения) ведущего сигнала; нечувствительность выходного напряжения к изменению номиналов элементов и структуры системы; достаточное парирование системой вредных внешних воздействий (коммутации и нелинейный характер нагрузки, изменение напряжения питания), что выражается в быстром затухании реакции выходной координаты на воздействия при минимальном перерегулировании и допустимой статической ошибке.
Названные требования определяют задачи управления — стабилизацию и отслеживание. Стабилизация состоит в отыскании управления, которое делает регулируемые координаты малочувствительными к отклоняющим воздействиям и изменению параметров преобразователя и достигается выбором коэффициентов передачи, определяющих желаемое расположение на комплексной плоскости полюсов и нулей замкнутой системы.
Отслеживание заключается в нахождении управления, которое обеспечивало бы желаемую реакцию выходной координаты на ведущий сигнал. Для замкнутых систем последнее условие вряд ли достижимо: на задание, определяемое ведущим сигналом, накладываются свободные колебания системы. Это противоречие при решении задачи отслеживания преодолимо в классе комбинированных систем управления, содержащих звенья разомкнутого и замкнутого циклов.
Предлагается использование системы управления следящего преобразователя с асинхронной ШИМ, обеспечивающей статическую точность выходного напряжения, требуемое качество переходного процесса и инвариантность к внешним возмущениям. [47, 70]
Следящий преобразователь имеет в своем составе силовую схему и систему управления. На рис.3.21 приведена функциональная схема преобразователя. В силовую схему входят вентильное звено ВЗ и Г-образный LC-фильтр с подключенной нагрузкой и пригрузочным сопротивлением.
Известен ряд способов формирования кривой выходного напряжения в следящих преобразователях [47, 63] при использовании синхронной и асинхронной ШИМ.
Наиболее целесообразным, в данном случае, представляется использование асинхронной ШИМ с трехуровневой модуляцией.
При трехуровневой модуляции в мостовой схеме транзисторы с шунтирующими обратными диодами находятся в тех же условиях, что и в схеме со средней точкой источника. При работе переключателя в каждый момент замкнуты два ключа из четырех. Ключи одного плеча одновременно не замыкаются. Позиции (дискретные состояния) переключателя можно указывать перечислением замкнутых вентилей. Из общею числа позиций, используются только четыре:
Четырем позициям переключателя соответствуют три уровня выходного напряжения: плюс, минус и нулевой уровень. Первые две позиции являются активными, а остальные две позициями зануления.
В схеме со средней точкой источника, содержащей два ключа, возможен только один вид модуляции. Наличие третьего уровня в мостовой схеме позволяет осуществлять в ней различные виды модуляции. Наилучшие показатели среди них имеет модуляция с однополярными импульсами (рис 3.22). Она характеризуется тем, что цикл модуляции двухтактен; на протяжении цикла чередуются одна активная позиция и одна позиция зануления; из двух активных позиций выбирается та, при которой знак переключательной функции совпадает со знаком требуемого выходного напряжения переключателя; уровень среднего выходного напряжения устанавливается коэффициентом заполнения цикла тактом с активной позицией.
Усредненное значение выходного напряжения при заполнении у составит: Как и при двухуровневой модуляции, оно может регулироваться в диапазоне (—Ео, +EQ). В интервале (0, +Ео) могут быть включены пары транзисторов (VT1 VT3, VT1 VT2 или VT3 VT4), а в интервале (—Ео, 0) - пары (VT2 VT4 , VT3 VT4 или VT1 VT2). На протяжении одного основного полупериода переключатель вырабатывает положительные импульсы напряжения с меняющимся заполнением, а на протяжении второго - отрицательные. Такая монотонность смены знака не относится к непременным свойствам трехуровневой модуляции, она может нарушаться при возмущениях в переходных процессах или периодически при нелинейной нагрузке. Наибольшая амплитуда пульсаций достигается при половинном заполнении, но вдвое меньше, чем при двухуровневой модуляции. Это поясняет рис.3.23, на котором приведены графики переменных на одном цикле в статических условиях.
