Автономные инверторы напряжения с симплексным управлением

• Автор: Московка, Александр Александрович
• Шифр специальности: 05.09.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 148 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ.
Глава Е СТРУКТУРА И АЛГОРИТМЫ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ РАЗВЕТВЛЕННОЙ СЕТИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ.
1.1. Структура силовой части транзисторных преобразователей.
1.2. Спектральные методы анализа инверторов напряжения.
1.3. Способы получения квазисинусоидального сигнала в АИН и их классификация.
1.3.1. Селективное исключение гармоник (СИГ).
1.3.2. Кодоимпульсная модуляция (КИМ).
1.3.3. Широтно-импульсная модуляция (ШИМ).
1.3.4. Следящие способы формирования выходного напряжения АИН.
1.4. Широтно-импульсная модуляция по синусоидальному закону при формировании напряжения частотой 50 Гц.
1.4.1. Спектр выходного напряжения идеализированного инвертора.
1.4.2. Показатели качества выходного напряжения реальных АИН с ШИМ.
1.5. Выходные фильтры АИН и их влияние на показатели качества электрической энергии.
1.5.1 Выбор структуры фильтров.
1.5.2. Статические параметры выходного фильтра.
1.5.3. Анализ динамических режимов работы.
ВЫВОДЫ по главе 1.
Глава 2. ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
С КВАЗИСЕЛЕКТИВНЫМ ИСКЛЮЧЕНИЕМ ГАРМОНИК.
2.1. Общие соображения.
2.2. Сущность квазиселективного исключения гармоник.
2.3. Синтез ведущего сигнала по принципу квазиселективного исключения гармоник.
2.4. Построение кривой выходного напряжения
для мостовых инверторов (однополярная ШИМ).
2.5. Построение спектральной модели АИН
с однофазной однополярной симплексной ШИМ.
2.6. Построение спектральной модели АИН
с двухполярной симплексной ШИМ.
ВЫВОДЫ по главе 2.
Глава 3. КОДОИМПУЛЬСНАЯ МОДУЛЯЦИЯ (КИМ).
3.1. Основные положения.

3.2. КИМ по принципу равенства среднеинтервальных значений.
3.3. Алгоритм синтеза кривой выходного напряжения
при КИМ-ШИМ.
3.4. Спектральная модель для анализа КИМ-ШИМ.
3.5. Выбор оптимальных параметров базовой ШИМ.
3.6. КИМ на базе однофазной симплексной ШИМ (КИМ-СШИМ).
3.7. Частотный синтез КИМ (синтезированная КИМ).
ВЫВОДЫ по главе 3.
Глава 4. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ АИН С СИМПЛЕКСНЫМ ФОРМИРОВАНИЕМ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ.
4.1. Особенности стабилизации выходного напряжения.
4.2. Параметрическая связь по входному напряжению.
4.3. Позиционный принцип построения управления АИН.
4.3. Модуляционный принцип построения управления АИН.
ВЫВОДЫ по главе 4.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение 1. Макет инвертора с квазиселективным исключением гармоник.
Приложение 2. Алгоритм микропроцессорного управления АИН с квазиселективным исключением гармоник.
Приложение 3.
Приложение 4.

Московка A.A.
Автономные инверторы напряжения с симплексным управлением.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Для питания различных сетей потребителей переменным током частоты 50 Гц одно- или трехфазным напряжением 220 (220/380) В в аварийных режимах, при использовании нетрадиционных источников энергии (солнечные батареи и т.п.), на автономных и удаленных объектах широко применяют автономные инверторы напряжения (АИН). В частности, АИН является частью гарантийных источников питания, применяемых для питания ответственных потребителей (устройства вычислительной техники, управления, связи, охранное оборудование и т.д.), мировая продажа которых к концу XX века превышала 2 млн. экз. [42]. Эти преобразователи, особенно системы on-line, обеспечивают высокое качество выходного сигнала, которое соответствует требованиям ГОСТ к качеству низковольтных сетей. В подобных системах применяются методы широтноимпульсной модуляции по синусоидальному закону, в связи с этим системы управления этих устройств весьма сложны и предъявляют повышенные требования к источникам питания.
В то же время большое число фирм («Tripp Lite”, “Victron Energie” и др.] выпускает инверторы для работы от низковольтных источников постоянного напряжения, в которых при формировании кривой выходного напряжения используются простейшие алгоритмы переключения (широтноимпульсное регулирование) и коэффициент искажения при этом не ниже 29%, что не может удовлетворить многих потребителей.
Прогресс в создании данных классов преобразователей базируется с одной стороны на успехах технологии силовых полупроводниковых приборов, приведших к созданию высокочастотных силовых приборов с частотами коммутации 10 кГц и выше (IGBT- и MOSFET-транзисторы и др.), с другой стороны на достижениях микропроцессорной техники, позволяющей во встроенных контроллерах реализовать весьма сложные алгоритмы управления. Мощность выпускаемых установок от сотен ватт до десятков киловатт.
Однако существует значительный пробел в теоретических исследованиях данного класса АИН. Этот связано с тем, что большинство схемных и алгоритмических решений заимствуется из устройств электропривода, которых значительно отличается от работы устройств, снабжающих разветвленную сеть потребителей током 50 Гц. В связи с этим недостаточно изучена и принимается во внимание при проектировании специфика работы устройства на выходные LC-фильтры переменного тока.
Разработка алгоритмов переключения АИН интенсивно велась начиная с 60-х г.г. XX века. Целью этих работ было достижение приемлемого

В. Пульсации, вызванные не жесткостью внешней характеристики источника питания, благодаря чему напряжение питания модулируется гармониками, содержащимися во входном токе АИН.
Входной ток АИН помимо постоянной составляющей содержит гармоники с частотами, близкими частоте коммутации АИН, а также гармонику с частотой 2*50=100 Гц. Последняя отсутствует в трехфазных АИН с симметричной нагрузкой. Эта гармоника обусловлена пульсацией мгновенной мощности на входе АИН.
Выходное напряжение АИН uBbKo(t) при идеальном источнике питания Е содержит основную гармонику и гармоники вблизи частоты коммутации, те же гармоники содержим и схемная переключающая функция АИН:
F(t) = uBbIx0(t)/E При неидеальности источника питания его напряжение
е (t)=E + en(t),
а выходное напряжение инвертора равно
Пвых(1)— HBUxo(t) F(l)— П|.},:[|(t) ^ ивых.ИСК. (O'
Искажающая составляющая выходного напряжения получается при перемножении гармоник пульсации питающего напряжения на гармоники выходного напряжения uBbIxo(t), давая разностные и суммарные частоты. Например, при частоте пульсации 100 Гц и наиболее интенсивных гармониках выходного напряжения 50 , 9950 и 10050 Гц, в напряжении иВых(0 появляются гармоники с частотами 100-50=50, 100+50 =150, 9950-100=9850, 9950+100=10050, 10050-100=9950, 10050+100 = 10150 Гц. Из этого перечня для нас существенно изменение величины основной гармоники и появление третьей гармоники основной частоты на выходе инвертора. Для более подробного исследования процесса на языке MathCad была составлена программа для анализа описанных процессов. На рис. 1.9 приведена временная диаграмма искажающего сигнала и спектр выходного напряжения при коэффициенте пульсаций на входе 5%, А=192, Км=1.
Результаты анализа показали, что в спектр выходного напряжения вносятся составляющие, амплитуда которых примерно в 2 раза меньше амплитуды пульсаций источника питания. Особенно важно влияние пульсаций на частоте 100 Гц, поскольку для их подавления требуются очень значительные емкости входного фильтра АИН. По-видимому, целесообразнее возложить подавление этих искажений на контур корректирующей обратной связи АИН, причем возможно применение параметрической связи по входному напряжению [35].
2. Наличие «мертвой» паузы в работе последовательно включенных вентилей [67]. Во время мертвой паузы после запирания отработавшего транзистора напряжение на выходе АИН зависит от полярности протекающего через него тока. При мгновенном запирании вентилей наличие мертвой паузы приводит к появлению в выходном напряжении дополнительной составляющей, определяемой выражением