Введение к работе
Актуальность теш.
Развитие полупроводниковой преобразовательной техники на современном зтапа научно-технического прогресса открывает боль- пне do3hobhocth по создании устройств для преобразования параметров ялектрическои анергии. Такие преобразователи являптся неотъемлемой частьп контрольно-испытательных комплексов технологических процессов и различного электронного оборудования.
- г -
Особенностью преобразователей электрической энергии, используемых в контрольно-испытательных комплексах, является возможность стабильного формирования как стандартных параметров алектричвской сети, так и параметров соответствующих возможным аномальным режимам питающей сети, от которой будет запитай контролируемый объект.
Учитывая больжое многообразие технических требований к источникам контрольно-испытательных комплексов, наиболее прогрессивны структуры с автономными инверторами напряжения (АИН). В атом случае желательно использовать неуправляемый выпрямитель , что в целом позволяет упростить схему преобразователя и получить коэффициент моцности преобразователя близкий к единице, при атом функции регулирования частоты и амплитуды выходного напряжения преобразователя реализуются в трехфазных АИН.
В большинстве случаев наряду с проведением необходимого преобразования параиетров электрической энергии к таким устройствам предъявляются требования по улучшению спектрального состава кривых Формируемых напряжений с точки зрения повышения качества энергии на выходе статических преобразователей. Улучшенная форма кривой выходного напряжения автономных инверторов с возможностью .регулирования по частоте и напряжению достигается применением различных видов модуляции. Для этих целен достаточно широкое применение находят методы виротно-импульсной модуляции (НИМ) выходного напряжения.
Автономные инверторы с ВИН, осуществляя необходимое преобразование параметров электрической энергии, выгодно отличаются использованием силовой мостовой схемы/которая обладает минимальным числом силовых элементов,«хоровим использованием силовых ключей по напряжению, а также позволяет освободиться от сетевого и . выходного трансформаторов.
Несмотря на значительное колличество научных работ, посвященных вопросам анализа электромагнитных процессов в инверторах с ІИМ, особенностям построения систем управления, анализу спектров Формируемых кривых выходного напряжения АИН с НИМ. следует отметить отсутствие сравнительных оценок современных методов ШИН по числу коммутаций силовых ключей инвертора, отсутствие аналитических выражений для средних и действующих знчений токов в силовых транзисторах инвертора, необходимых в инженерных расчетах и бцен-ке уровня статических потерь мощности в транзисторах инвертора
для различных алгоритмов ЗИМ", отсутствие методики расчета и построения годографов векторов у и Зг *", дащей возмояность разработки новых алгоритмов НИН, строяяихся с учетом приближения векторов *У и У , недостаточнуп разработку вопросов, касавяихся особенностей цифровых систем управления автономными'инверторами, особенно в реяимах вирокодиапазонного регулирования параметров первой гармоники выходного напрявения инверторов, что затрудняет в целом проектирование АНН с ШИН для контрольно-испытательных комплексов.
Отмеченные обстоятельства свидетельствует об актуальности настаяцей работы, направленной на разработку, исследование и реализации методов ВИН выходного напряяения инверторов, используемых в качестве источников питания контрольно-испытатольных комплексов.
Тема диссертации непосредственно связана с тематикой работ, проводимых на кафедре "Теоретические основы электротехники" Киевского политехнического института в соответствии с координационным планом АН Украины по проблеме "Преобразование параметров электрической энергии".
Метода доследования.
В работе использоваші методи гармонического анализа, иетод пзрвоя гармоники, матричный аппарат, исследования с использованием обобцеиного вектора напряжения трехфазной цепи, для численных расчетов и графических построений приминались П32Ц .
Научная новизна.
-
Разработана методика расчета и построения годографов векторов у и "^для трехфазной нагрузки, питавцейся от ЙИН с НИМ,
-
Предловена новые алгоритмы НИЦ с двусторонним приблиаени-ем годографов векторов у и У с уменьшенным числом комнутаций силовых ключей инвертора.
.3. Получены аналитические зависимости статических потерь мощности от характера нагрузки и величины прямого тока в силовых плачах инвертора для различных методов ПИН, вклшчая предлоіенннв алгоритми ШШ.
4. Разработаны цифровые система управления АНН с ВИН, реали-зупвие одно- и двухполяриую, одно- и двустороннею модуляция импульсов выходного направоння инверторов,
9, Предловена схема с "кратным делением нулевого вектора", позволявшая реализовать в цифровой системе управления вирокоди-апазонное регулирование параметров первой гармоники выходного на-
пряжения инвертора с ІИН.
6. Разработаны схемные решения формирователей импульсов управления силовыми кличами инвертора.
Практическая ценность.
Разработанные алгоритмы ІИН позволяют снизить число коммутаций силовых транзисторов инвертора, а использование предложенных схемных решений цифровых систем управления позволяет реализовать современные методы ВИН с цельв понимания качества напряжения на выходе инвертора.
Реализация результатов работы в промышленности.
Результаты работы наїли практическое применение (имеются акты о внедрении) в образцах новой техники на предприятиях "Пирометр" и НПО "Волна". Создание высокоэффективных статических преобразователей, выполненных с использованием технических решений, предложенных в диссертации, позволит получить экономический аффект в сумме 40,2 тыс. рублей.
Апробация работа.
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались автором и обсуждались на 4-й Всесовэной научно-технической конференции "Проблемы преобразовательной техники", г.Киев, . сентябрь 1387 г., республиканском семинаре "Устройства энергетической электроники с применением мощных полевых транзисторов", г.Киев, январь 1989 г., 2-й Международной научно-технической конференции "Проблемы создания подвижного состава с асинхронными тяговыми двигателями", г.Рига, февраль 1990 г., 2-й научно-технической конференции "Устройства и системы автоматики автономных объектов", г.Красноярск, май 1990 г., 1-й Всесовэной конференции "Силовые электронные системы и устройства маломочной преобразовательной техники", г.Алма-Ата, ноябрь 1990 г., четвертом научно-техническом совещании "Проблемы электромагнитной совместимости силовых полупроводниковых преобразователей", г.Таллин, декабрь 1990 г., 5-й Всесовэной научно-технической конференции "Проблемы преобразовательной техники", г.Чернигов, сентябрь 1991г., 2-й Всесовэной научно-технической конференции по злектромеханотронике, г.Санкт-Петербург, октябрь 1991г..
Публикации.
Основное содержание работы представлено в 19 печатных работах,в том числе 3 авторских свидетельствах на изобретение и 3 "положительных решениях о выдаче авторских свидетельств на изобретение.
Структура н обіем работы.
Диссертационное работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 149 страницах Об страниц машинописного текста, 73 рисунков на 30 страницах и 4 таблиц на 3 страницах), списка литературы из 114 наименований и сени приложений на 47 страницах. 0ба.ий объем работы составляет 211 страниц.
Во введении обоснованы актуальность текы и сформулирована цель исследований, перечислены основные научные результаты, приведены положения, выносимые на защиту.
В первой главо рассмотрены современные алгоритмы ииротно-импульсной модуляции выходного напряжения трехфазных инверторов, при этом уделено вникание качеству формируемого напряжения, уровни использования источника питания автономного инвертора и числу коммутаций силовых кличей инвертора, определявших динамические потери модности в транзисторных ключах, для различных методов модуляции. Выполнено исследование алгоритмов ВИЦ в автономных инверторах напряжения с использованием обобщенного вектора напряжения'трехфазной цепи. Проанализировано влияние качества выходного напряжения инвертора с SHU на приближение векторов у и ^р^ .
Во второй главе проведен анализ известного и предложенных автором новых алгоритмов ВИЦ с приближением векторов у и ~)f* , позволявших снизить число коммутаций силовых кличей инвертора за период выходного напряжения.
Третья глава посвячена анализу токов и статических потерь модности в силовых транзисторах инвертора для современных, в том числе предложенных в работе, методов жиротно-кмпульсной модуляции выходного напряжения инвертора. При атом резалась задача получении аналитических выражений для статических потерь моцности в силовых кличах инвертора, необходимых в инженерных расчетах и оценки уровня потерь мощности в инверторе, для различных алгоритмов НИИ.
В четвертой глава рассмотрены особенности проектирования цифровых систем управления автономными инверторами с виротно-импульс-ной модуляцией выходного напряжения. Предложены основные узлы и функциональные схемы цифровых систем управления, реалиэупаих двустороннее однополяриуп и двухполяриув ШИН, структурная схема и алгоритм работы микропроцессорной системы управления инвертором с ВИН по предложенному алгоритму с симметричным двусторонним приблн Ж8НИ8М годографов векторов У и "Vй, проанализированы обжие недостатки цифровых систем управления АЙН с ІИН при осуществлении
- a -
вирокодиапазонного регулирования параметров первой гармоники выходного напряжения, для устранения которых предложена схема с "кратным делением нулевого вектора", приведены технические реве-ния реализации формирователей управляючих импульсов, являющихся связующим звеном меяду системой управления и силовым клпчом инвертора.
В приложении приведены: программы расчета и графики спектра выходного напряжения ВИН с НИМ, годографов векторов У и V , токов трехфазного АИН с ШИН; программы расчета интегральных характеристик напряжения, формируемого на выходе АИН с НИН, расчета кодов длительностей импульсов для алгоритмов ВИН; технические характеристики полупроводниковых преобразователей; результаты внедрения полупроводниковых преобразователей.
