Герман-Галкин С.Г. - Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MatLab 6.0 (1057404), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Рассмотренные способы управлсн»»я инвертором не позволяют реализовать постоянную структуру силовой цепи инвсртора и относятся к Ф типу 2 — 2 классификационной таблицы (табл. 3.2). Следует подчеркнуть, что именно это обстоятельство обуславливает отмеченные вь»ше,1ва отрицательныс особенности работы инвсртора при АОП и АГП. Если реализовать постоянную структуру в инвсрторе, то отмсчсиныс особенности исключаются. Для этого необходимы дополнитель-. ные переключения транзисторных ключей в каждой фазной группе. Пример такого управления для АОП представлен на рис. 3.38 штриховыми линиями.
Здесь при запираиии ключа ТК2, отпирается ключ ТК5, при запирании ключа ТКЗ, отпирается ключ ТК6 и т. д. При ШИР на основной частоте гармонический состав выходного напрлжсиия и тока резко ухудшается в области малых»»апря>ке»»»»й и частот. Для исключения этого нежелательного явления, используется широтно-импульсное регулирование на пссушсй частоте. В этол» случае в течение периода частоты повторяемости Тлвт несколько раз с периодом Т„ происходит включение и отключение одного из силовых ключей (рис, 3.39). При этом обмотки двигателя оказываются подключенными к источнику питания на интервале уТ„, а иа интервале (1 — у)Т„они отключены и закорочены. На рис. 3.39 представлен случай, когда Тлвт = 2Т,.
Гармонический состав выходного напряжения при ШИР на несущей частоте, улучшается с увеличением кратности Тлвт .~о Мо (3. 12) в2 вз в4 и5 и5 иа Ой цд Рис. 3.39. Управление АИН при ШИР на несущей частоте Компьютерное моделирование полупроводниковык систем Однако большие значения к трудно реализовать. Улучшение гармонического состава выходного напр яжсния осу шествляется при переходе к широтно-импульснои модуляпни. Рассмотрим типичный для ШИМ способ управлен ия АИН. Сув! ность этого способа поясняется рис. 3.40, где п оказаны законы у"' авления ключами и выходное напряжение на фазе «А». равл н го В интервале от 0 до 2п/3 на управляюшии вход р т анзисторно ключа (например, ТК1) подастся постоянный о р тпи ающий сигна": а в интервале 2п/3 от до и — широтно-модулированный сигнал 4 импульса, длительность которых линейно у бывает.
Аналогичн" аз сигналы, но с соответствующим фазовым д с витом, подаются бс и веления, сиг входы остальных ключей. При данном спосо у р лы подаются поочередно то на два, то па р р т н т анзнсторных кл ' ость измов ча. Такой алгоритм управления песет в ссбс возможн Силовые пол и ово никовые и еоб азователи Рис. 3.40. Управление АИН при ШИдл' на несущей частоте ния структуры силовой цепи, т. е. относится к типу 2 — 3. Действитель- но, исследования показали, что неизменность структуры сохраняется пока созтрн <0,87.
При запираннн ключа ТК1, изображающий вектор и переходит из положения 2 в положение 3 (ель рис. 3.37). В течение импульса 1 (рис. 3.37) ключ ТК! отперт, поэтому О = Т„и нз (рис. 3.11) имеем тр =О. Три четверти периода импульса 2 ключ ТК! отперт; а четверть периода он заперт. 5 Поэтому здесь Г, = — Т, и тр =атс(8 < — )=!44 т, 7; Длительность импульса 3 будет т, = —, а четвертого 2 ' 4 При этом средняя фаза изображающего вектора напряжения принимает последовательно значения 0; 14', 30'; 46'. Таким образом, изображающий вектор ~~, перемещаясь между положениями 2 и 3 (рис. 3.37), занимает некоторые промежуточные Компьютерное моделирование полупроводниковых систем положения, отличающиеся друг от друга средней фазой.
Чем боль, шс этих проме>куточных положений, тем ближе к синусоиде напр . жение на выходе инвсртора. Для того, чтобы построить схемы нпвсрторов с неизменной структурои, относящиеся к осящиеся к группе 1 — 3 (табл. 3.2), необходимо пос ле запирания очередного ключа, отпирать другой ключ той же фаз. ной группы инвсртора. Так, при запиранип ключа ТК1, следует от. персть ключ ТК4. При этом электромагнитные процессы не буду„ зависеть от коэффициента мощности нагрузки. всрторов, отнссснныс согласно представление>1 Схемы инвсрторов, классификации к тип ф ии к типу 1 — 3, отлича>отса большил> разнообразнеи но по сути своей сводятся к многократному перемещению ре.
зультируюшего вектора й > о в кторз й между основными соседними состоя- ниями. Эта особенность впервые была подмечена в [11), гас описан оптимальный ал ал >ый алгоритм управления транзнсторныцк ключами АИН, который заключается в многократном персключс. нии ключей только одной фазы в течение!!6 периода выходного напряженна инвертора. Действительно, соседние состояния ре- зультирующего всктора напряжения (напрнь р, р >е 2 и 3 на аке 3,40) отличаются тем, что во втором состоянии отперт клгаз ТК1, а в третьем — ключ ТК4.
Поэтому для того, чтобы средня> фаза результирующего вектора могла принимать промежуточными значения между н 0 и/3, необходимо на рассматриваемом иа- тервале переключать только ключи ТК! > 3 К4, на слсдуюшея (см. рис. 3.40) — ключи ТК2, ТК5 и т. д. Для изменения среди' го модуля результирующего вектора (формированием паузы > выходном напра>кенни) следует в состоянии 2 запереть кл>а" люч ТК3 " ТК2 и отпереть ключ ТК5; в состояшш 3 запереть ключ отпереть ключ ТК6; в состоянии 4 запер еть ключ ТК4 и отав веделя реть ключ ТК1 н т.
д. Таким образом, на основании пов д сзультируюшего всктора разрабатывается способ управлеввч розу транзисторными ключал>и инвертора, кот рь" о ый легко реализует' с полюшью цифровой микросхемотехники. ма' В последнее время в связи со значитсльнь д >ми остпжения ч! Пе технологии изготовления силовых транз ' р, р исто ов, практически ".
ь>р> вссместно стали использоваться алгорить у >ь> с син сандал ' ШИМ. Методы широтно-импульснои модуляци р ля ин нап яжсння выходе автономного инвертора реализую р ут* тся в азомкнутых и за" „ нутых системах. Разомкпутыи способ р б сализацпи ШИМ в од фазе иллюстрирует рис. 3.41. илоеь>е пел и сес ни>«>еь>е Генератор пилообразного нзпря>кения (ГПН) гснсрпрус жение пилообразной формы высокой частоты.
Это напряжение сравнивается с синусоидальным напряжением, частота н величина которого задается входным сигналом. При рассмотренном способе модуляции инвсртор представляет собой регулируемый источник напряжения. твс. 3.4!. Реализация ШИМ в АИН При построении замкнутого электропривода переменного тока часто используется замкнутый способ реализации ШИМ. Этот способ иллюстрирует рнс. 3.42. Здссь за счет отрицательной обратной связи по току и релейного элемента (РЭ) ток в нагрузке пульсирует около заданного значения. Амплитуда н частота пульсации определяется параметрамн 11, Е активно-индуктивной нагрузки и шириной петли гистсрезиса релейного элемента.
Часто такои способ ШИМ называют «токовым коридором». Прп реализации «токового коридора» инвсртор представляет собой источник тока, а управление электрической машиной в этом случае относится к частотно-токовому. Устройства управления пнвсртором должны реализовать способ, который обеспечил бы удовлетворение двух основных требований, предъявляемых к системс прсобразоватсль — машина переменного тока: <3, Г3) 0.8 0,8 0.6 0.6 0,4 0.4 0.2 0.2 а) б) 0.4 0.3 0.2 ОЛ 0.2 0,4 0 6 0 8 а) ф Компьютерное моделирование полупроводниковых систем Рис.
3.42. Реализация «токового коридора» в АИН ) 1 минил>альные потери в двигателе и минимальные пульсацкв момента, обусловленных воздействием полей первой и высших гармоник," 11 минимальные потери в элементах преобразователя. Эти требования противоречивы. Так как для улучшения работы двигателя следует повышать несущую частоту, д у а ля меньшеивв потерь в преобразователе ее следует уменьшать; кроме того, дву. сторонняя энергетическая связь требует добавочных переключе и отмеченний в преобразователе.
Компромисс в удовлетворении о ных требований находится на основании анализа элсктромагнвт ных процессов. 3.6.2. Гармонический состав выхоеноео напряжения инвертора Гармонический состав напряжения на выходе АИ р А)хН оп сделает' вод значительной степени энергетические характсрис тики полупров ' пикового электропривода. Поэтому не случайно "но исслсдованис гвр монического состава выходного напряжени р и ия ннвс топа провов' лось широким фронтом. Этому вопросу уделено значительное вв мание в литературе. Нивке в конспективн " ф р, результаты из литературы [б, 11, 35]. >Ф При управлении АИН по закону а = 180 отноше ношение ампл> й гармонических составляющих фазного напр яжсния к амплитч первой гармоники имеет вид: Силовые пол п ово пиковые п еоб азователи где У,, — амплитуда >-ой гармоники; у = бп+1;и =0,1,2,3„,; 0.2 0.4 0,6 0 8 02 0.4 0,6 од ~~с.
З.4З ГаРмонический состав выходного напряжен АИ ( . 3) следует, что при простейшем алгори управления гармонический состав постоянен, отсутствуют все четные гармоники и гармоники кратные трем. В выходном напряжении наиболее сильно выражены пятая и седьмая гармоники. При ШИР на основной частоте повторения (рис.
3.38) отношение амплитуд гармонических составляющих фазного напряжения к амплитуде первой гармоники имеет вид: 0„,„! з!и/у)гу/6) (3.14) и у Б!и( у/6) 1/,, 1 з!п(баггу/бк) (3.15) о я!п()ту/бк) ' Компьютерное моделирование полулроводниковых систем На рис.
3,43 а показаны зависимости относительных амплит), гармоник от относительной длительности управления у (см. рн 3.38). Из рпс. 3.43 видно, что в процессе регулирования при умень шенин выходного напряжения 5, 7, 11, 13 гармоники приближают. ся к основной, что искажает форму напряжения и тока и приводит к увеличению потерь от высших гармоник. Некоторое улучшение гармонического состава достигается за счет ШИР на несущсй частоте !рис. 3.39). В этом случае отношение амплитуд гармонических составляющих фазного напряжения к амплитуде первой гармоники имеет вид; где к определено выражением (3.12).
Из последнего выражения следует, что для монотонного умень. шсния у-гармоники необходимо соблюдение услови я — <3, При к к = 1 ни для одной из высших гарьюник это условие не выполня. ется. При к = 2 оно выполняется для только для пятой гармоника При к = 3 — для пятой н седьмой гармоник и,тд. На рис. 3.43 б показаны зависимости относительных амп нту плит9 гармоник от относительной длительности управления для к = В случае широтно-импульснои модуляции разложение ние выхолив' го напряжения на гармоники может быть осуществлено с использв' в с е в этак ванием двойных рядов Фурье.
Исследования, проведенные в это направлении, показали, что на гармонический состав выходнога напряжения слабо сказывается закон модуляции. Гор д , г аз о сильиет сказывается отношение несущей частоты к выходной частоте и"' ситевк вертора Е = — . а р ' . Н ис.
3.43 а приведены зависимости отно иых амплитуд гармоник от относительной г у л бины модуляции 1кв' эффпциснт модуляции) )з Силовые пол и ово пиковые и еоб азователи 4 6.3. Мояепцрование АИН Виртуальная модель трехфазного инвертора напряжения, нагруженного на активно-индуктивную нагрузку представлена на рис, 3.44 а. Эта модель позволяет исследовать вес характеристики АИН. На рис. 3.44 б показаны резулюаты моделирования напряжения и тока в фазе нагрузки. На рис. 3.44 а показаны ток и напряжение на СТК инвертора, а на рис.