Strategii de comandă folosite în optimizarea convertoarelor DC - AC

Folosirea unor dispozitive semiconductoare de putere din ce în ce mai performante (tranzistoare bipolare de putere, IGBT-uri, tranzistoare MOSFET de putere, etc.) în construcţia invertoarelor, a implicat în ultimii ani scăderea complexităţii schemelor de comandă. Termenul de comandă folosit în cazul acestor elemente implică pe lângă stabilirea momentelor de comutaţie între stările de conducţie / blocare şi logici de protecţie a dispozitivelor cu rol de comutator.

Ca urmare a modului discret de funcţionare a elementelor comandate din componenţa invertoarelor, formele de undă ale tensiunii şi curenţilor de la intrarea sau ieşirea acestora se abat de la forma sinusoidală. Formele de undă ale curentului şi tensiunii conţin pe lângă oscilaţia fundamentalei cu frecvenţa f1(50Hz, de exemplu) o serie de oscilaţii parazite cu frecvenţa f = nf1 (n=1,2, ) numite armonici superioare, iar alte oscilaţii cu frecvenţe inferioare valorii f1 numite subarmonici. Atenuarea oscilaţiilor parazite se poate realiza cu ajutorul unor filtre. Această soluţie nu este agreată în totalitate dacă se au în vedere dimensiunile de gabarit a acestor filtre şi preţul de cost destul de ridicat.

Astfel, în condiţiile sus menţionate, pentru înlăturarea acestor neajunsuri s-a optat pentru realizarea unor tehnici de comandă a invertoarelor mai complexe, cum ar fi construirea formelor de undă a mărimilor electrice de interes din trepte sau pulsuri modulate în durată. În cadrul acestor tehnici de comandă, cele mai utilizate sunt tehnicile de comandă cu pulsuri modulate în durată (PWM).

Invertorul comandat cu ajutorul tehnicilor PWM, lucrează în general cu frecvenţă de comutaţie constantă şi trebuie să permită modificarea valorii efective a fundamentalei tensiunii de ieşire în limite relativ mari, cu păstrarea constantă a tensiunii de intrare. Variaţia tensiunii de ieşire se obţine tocmai prin comandă PWM a comutatoarelor invertorului şi, totodată prin această comandă se urmăreşte aducerea tensiunii de c.a. de la ieşire la o formă de undă cât mai apropiată posibil de forma de undă sinusoidală, pentru a uşura filtrarea.

Utilizarea tehnicilor PWM la invertoare permit obţinerea unor tensiuni de ieşire calitativ mai bune, care sunt mai uşor de filtrat, deoarece se translează spre domeniul frecvenţelor înalte armonicile tensiunii de ieşire.

In prezent cea mai utilizată tehnică PWM este cea sinusoidală. La acest tip de invertoare semnalele de comandă sunt generate comparând o undă triunghiulară vtr(t), având amplitudinea şi frecvenţa fs, cu o undă de referinţă sinusoidală vr(t), având amplitudinea şi frecvenţa f1. Frecvenţa undei de referinţă este egală cu frecvenţa dorită a tensiunii alternative de la ieşirea invertorului, iar amplitudinea undei de referinţă este direct legată de valoarea efectivă a fundamentalei tensiunii de la ieşirea invertorului.

Tehnicile PWM pot fi:

- singulare, când dispozitivele semiconductoare de putere din componenţa invertorului primesc un singur impuls de comandă in timpul fiecărei perioade a tensiunii de ieşire. Durata de conducţie poate fi modificată. Se spune ca invertorul lucrează cu undă rectangulară;

- multiple, când dispozitivele de putere primesc mai multe impulsuri de comandă in timpul fiecărei perioade a tensiunii de ieşire. Duratele de conducţie dintr-o perioadă pot fi egale, când tensiunea de referinţă este constantă, sau variabile, când unda de referinţă este alternativă, mai precis sinusoidală.

O bună calitate a tensiunii de ieşire se obţine atunci când se foloseşte modulaţia multiplă, cu undă de referinţă sinusoidală, cunoscută sub denumirea de tehnică PWM sinusoidală.