Исследование и разработка вариантов широтно-импульсной модуляции в трехфазных автономных инвекторах напряжения с двигательной нагрузкой

• Автор: Чубуков, Константин Александрович
• Шифр специальности: 05.09.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Чебоксары
• Количество страниц: 149 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ.
Введение
Глава 1. Анализ способов реализации ШИМ в трехфазных АИН
1.1. “Классическая” синусоидальная ШИМ, ее достоинства и недостатки
1.2. Векторная ШИМ, ее достоинства и недостатки
1.3. Модернизация синусоидальной ШИМ
Глава 2. Разработка математических моделей АИН с различными вариантами ШИМ
2.1. Математическое моделирование АИН с синусоидальной ШИМ
2.2. Математическое моделирование АИН с векторной ШИМ
Глава 3. Исследование свойств трехфазных АИН с различными вариантами ШИМ и выбор оптимальных вариантов
3.1. Энергетический критерий
3.2. Спектральный критерий
Глава 4. Постоянные составляющие в выходном напряжении АИН, управляемых по принципу ШИМ, их влияние и способы устранения
4.1. Причины появления постоянных составляющих в выходном напряжении автономных инверторов, управляемых по принципу ШИМ
4.2. Способы устранения постоянных составляющих в выходном напряжении автономных инверторов, управляемых по методу синусоидальной ШИМ
4.3. Способы устранения постоянных составляющих в выходном напряжении
автономных инверторов, управляемых по методу векторной ШИМ
Глава 5. Практическая реализация трехуровневого АИН управляемого
по принципу ШИМ
Заключение
Библиографический список использованной литературы
Приложение А

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Трехфазные автономные инверторы напряжения (АИН) с управлением ключами по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ) на высокой несущей частоте являются основным типом преобразователей частоты для регулируемого электропривода переменного тока во всем диапазоне мощностей [16, 21, 44, 45]. Фактически все выпускаемые на сегодняшний день частотно-регулируемые электроприводы переменного тока с АИН имеют реализацию ШИМ по одному из двух наиболее распространенных методов: синусоидальному или векторному [15].
До недавнего времени главенствующим методом реализации ШИМ в регулируемых электроприводах переменного тока был метод синусоидальной центрированной (симметричной) ШИМ, но с развитием микропроцессорных систем все чаще стал применяться метод векторной ШИМ. Обзор современной литературы показал, что векторная ШИМ считается наиболее перспективной, по сравнению с синусоидальной, по ряду характеристик. Однако, в опубликованной литературе не существует полного обзора всех вариантов ШИМ с анализом их достоинств и недостатков с учетом изменения свойств АИН в зависимости от способа управления.
Практические исследования регулируемых приводов переменного тока с АИН, работающих по принципу ШИМ, показали, что в зависимости от частоты задания и опорной частоты в выходном напряжении АИН могут появляться постоянные составляющие, значение которых зависит от частоты задания. Данная проблема не нашла отражения в научной литературе.
Целью работы является исследование свойств и выявление достоинств и недостатков различных способов управления АИН по принципу ШИМ при работе на двигательную нагрузку. Анализ ШИМ с учетом динамических свойств трехфазных инверторов напряжения, а также поиск, анализ и разработка методов устранения выявленных недостатков.
Идея работы заключается в создании достоверных математических
моделей АИН с двигательной нагрузкой с различными вариантами ШИМ, позволяющих проводить исследования и анализ свойств трехфазных инверторов напряжения, а также в выявлении причин возникновения постоянных составляющих в выходном напряжении и токе АИН, разработке способов их устранения для различных вариантов ШИМ.
Научные положения, выносимые на защиту:
1) Анализ различных вариантов управления АИН по принципу ШИМ с предложением выбора оптимальных вариантов и анализ характеристик ШИМ с помощью выделения гладких составляющих выходного напряжения АИН.
2) Способ синусоидальной ШИМ с модифицированной предмодуляцией, основанный на формировании модифицированных фазных напряжений задания АИН из отрезков прямых линий и синусоид или из отрезков прямых и управляющих сигналов особой формы, соответствующих по форме линейным напряжениям.
3) Модификация “классической” синусоидальной ШИМ путем предмодуляции третьей гармоникой, с добавлением сигнала третьей гармоники только тогда, когда амплитуда относительного напряжения задания больше единицы.
4) Анализ причин возникновения постоянных составляющих в выходном напряжении АИН и способы их устранения для различных вариантов ШИМ.
Научная новизна заключается:
— в анализе различных вариантов управления АИН по принципу ШИМ, отличающемся от известных в литературе тем, что на основе математических моделей проанализированы все основные варианты реализации ШИМ с учетом основных критериев оценки качества ШИМ для АИН с двигательной нагрузкой, а также в предложенном выборе оптимальных вариантов ШИМ на основе результатов проведенного анализа;
- в спектральном анализе гладких составляющих в выходном напряжении АИН позволяющем уточнить определение наиболее существенных гармоник без учета высокочастотных пульсаций;

двухуровневого АИН представленных на рис. 17 и рис. 18.
«->11 2 «і і _ ш *->и Г о t
üjі ПН III .Цп III иг
2 п пн гаг мни *
Un 1 г

"Willi Hilf

Рис.24. Напряжение трехуровневого АПН при векторной НПШ с двухуровневым компаратором и использованием двух нулевых базовых векторов
а) для алгоритма с начальным переключением ( И* —* Уь+О
б) для алгоритма с начальным пq}eключeнIIeм (Ук+1~+Ук)
Из алгоритма работы (см. рис. 13) видно, что при переходе от одного базового вектора к другому происходит изменение состояния только одного ключа. Всего же на периоде Т несущего пилообразного сигнала происходит четыре переключения, что приводит к сокращению на треть динамических потерь в ключах инвертора, что является основным достоинством двухфазной векторной ШИМ по сравнению с векторной ШИМ с трехуровневым компаратором или “классической” синусоидальной ШИМ. Однако сокращение числа коммутаций ключей влечет и отрицательные последствия - увеличение пульсаций тока вследствие увеличения времен непрерывной реализации базовых векторов.
Основным недостатком векторной ШИМ по сравнению с синусоидальной является невозможность реализации заданных векторов на границах секторов из-за влияния “мертвого” времени. Под “мертвым” временем