Уточнення оптимальної частоти комутації інвертора напруги з фільтром

Анотація

У статті зазначено про необхідність підвищення частоти комутації автономних інверторів напруги длі мінімізації його сукупної маси разом з низькочастотним вихідним фільтром. Зменшення маси пасивних компонентів фільтра зі зростанням частоти комутації інвертора супроводжується зростанням потужності втрат у його транзисторах. Два взаємопротилежні напрями формують мінімум цільової функції залежності маси системи автономний інвертор напруги – фільтр від частоти комутації. Розглянуто попередні роботи по знаходженню маси системи інвертор – фільтр при використанні тиристорів, кремнієвих транзисторів, транзисторів на основі карбіду кремнію та нітриду галію, фільтрів з осердям з електротехнічної сталі, аморфного заліза, пермалою та фериту. Обгрунтовано узагальнити попередні дослідження, розділивши частотний діапазон на п’ять областей відповідно до використаних матеріалів осердя. Для побудови цільової функції залежності маси елементів системи автономний інвертор напруги – фільтр використано метод вагових коефіцієнтів, які являють собою питомі масові показники, відповідно для охолоджувачів транзисторів, дроселя та конденсатора фільтра. Наведено схему однофазного автономного інвертора напруги з низькочастотним фільтром. Описана цільова функція залежності маси елементів системи інвертор напруги – фільтр від частоти комутації. Використанням вагових коефіцієнтів для дроселів з різним матеріалом осердя вдається здійснити глобальну оптимізацію. Підтверджено раніше отримані показники оптимальної частоти для кремнієвих транзисторів та дроселю з осердям із електротехнічної сталі. Показано, що заміна матеріалу осердя не дозволяє суттєво зменшити масу системи інвертор-фільтр. Використовуючи транзистори на базі карбіду кремнію та осердя дроселя з аморфного заліза вдається покращити масогабаритні показники інвертора з фільтром в три рази. Використання біль високочастотних матеріалів – пермалою, порошкового заліза та феритів у осерді дроселя не дає переваги за масою, як і використання більш швидких транзисторів на базі нітриду галію. Для більшої частини промислових інверторів оптимальна частота складає 3,2 кГц.