Материал: s_electro

неполным использованием напряжения источника постоянного напряжения, т.е. неоптимальным коэффициентом преобразования по напряжению. Амплитуда первой гармоники фазного напряжения трехфазного инвертора напряжения при полной модуляции очевидно равна половине напряжения входного источника, а амплитуда первой гармоники линейного напряжения при этом

в 3 больше, т.е.

Физически это связано с тем, что максимальная ширина импульсов по отношению к длительности такта в кривой линейного напряжения не может превосходить значения sinπ/3, так как модулирующие напряжения двух со-

седних плеч моста сдвинуты по фазе не на π, а только на 2π/3. Для увеличения предельной разницы между модулирующими сигналами соседних плеч моста, сдвинутыми на треть периода, необходимо их так деформировать, чтобы эта разница между ними достигла значения двойной амплитуды этих сигналов (а не 3 ), а спектр фазного напряжения практически не исказился. Это

можно сделать, если к модулирующим сину-

Рис.

соидальным сигналам фаз добавить сигнал необходимой формы, одинаково изменяющий результирующие модулирую-

щие напряжения для всех фаз и не вносящий искажения в спектры фазных напряжений. Добавление любого сигнала тройной частоты по отношению к частоте первой гармоники выходного напряжения удовлетворяет указанным требованиям к этому сигналу. Его эффективность в части доли увеличения коэффициента преобразования инвертора по напряжению будет зависеть от формы этого сигнала. На рис. 6.7.6 приведен наиболее простой случай добавочного сигнала: синусоиды тройной частоты, представленный на второй диаграмме.

195

На третьей диаграмме показано результирующее модулирующее напряжение одной фазы.

Нетрудно убедиться, что, в случае амплитуды дополнительного сигнала

Для прямоугольного сигнала Uвых* (1).m = 0,577 3 , т.е. увеличение первой гар-

моники на 15,5 % по сравнению с синусоидальным сигналом.

При соединении нагрузки инвертора в звезду без нулевого провода в фазных напряжениях не могут присутствовать гармоники тройной частоты, образующие сигнал нулевой последовательности, каким по сути и является дополнительный сигнал к модулирующему напряжению. Поэтому спектры фазных напряжений инвертора при этом не искажаются.

6.7.2. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ С РЕГУЛИРОВАНИЕМ КОМПОНЕНТОВ ОБОБЩЕННОГО ВЕКТОРА НАПРЯЖЕНИЯ (ТОКА)

Системы управления инверторами напряжения с формированием и регулированием фазных выходных напряжений трехфазной системы содержат три канала генерации широтно-модулированных импульсных последовательностей, из которых инверсией получают еще три последовательности, что необходимо для управления шестью ключами инвертора. Такие системы применяют, как правило, в тех случаях, когда инвертор напряжения используется как автономный источник напряжения, которое не синхронизировано ни с каким другим процессом.

Вместе с тем распространены инверторы напряжения в ситуациях, требующих наличия синхронизации выходного напряжения инвертора с источником напряжения, присутствующим в нагрузочной цепи инвертора. Это может быть существующая сеть переменного напряжения, в которую инвертор как элемент какой-то автономной энергоустановки (ветроэнергетической, ди- зель-генераторной) должен поставлять необходимые значения дополнительной активной и реактивной мощности. Это может быть и статорная цепь машин переменного тока (синхронные, асинхронные), которые запитываются напряжением регулируемой частоты для управления скоростью вращения машины, при этом электрическая машина имеет свою собственную так называемую ЭДС вращения. В этих случаях удобнее строить систему с управлением по обобщенному вектору выходного напряжения, что позволяет по раздельным каналам управлять активной и реактивной мощностью на выходе инвертора за счет независимого регулирования амплитуды и фазы обобщенного вектора напряжения и тока инвертора. Управление по обобщенному вектору

196

напряжения может быть сделано как в разомкнутой, так и в замкнутой (по напряжению) системе управления, управление по обобщенному вектору тока требует наличия обратной связи по току.

Разомкнутая система управления по обобщенному вектору напряже-

ния инвертора. В разделе 2.3.2 было показано, что положение обобщенного вектора напряжения инвертора определяется через относительные значения времен включения соответствующих трех состояний инвертора (из восьми

возможных) – двух соседних ненулевых (векторы U&i ,U& j ) и одного нулевого (000 или 111) в соответствии с уравнением (2.3.22). Наоборот, если задавать требуемые значения обобщенного вектора U&з и частоту тактов Тт при ШИМ, то из решения уравнения

вмикропроцессоре системы управления сразу (без операции сравнения, как

ввертикальной системе управления) можно определить абсолютные значения длительностей трех искомых состояний инвертора:

Здесь U&з (tст) – значения обобщенного вектора задания в моменты его стробирования tст (выборки и запоминания); α – фаза обобщенного вектора задания, приведенного к первому сектору с соседними состояниями векторов инвертора U&1 и U&2 , как показано на рис. 2.3.17.

Приведение осуществляется поворотом вектора задания назад на (n- 1) 60о,

где n – номер сектора, в котором находится текущий вектор задания.

В блок-схеме системы управления, реализующей рассмотренный алгоритм (рис. 6.7.7), блок стробирования СТР выбирает и запоминает до следующей выборки, задаваемой дли-

тельностью такта Тт или полутакта, значения вектора задания. Арифметиче-

(6.7.5)…(6.7.7) и номер сектора, векторы напряжения инвертора которого используются для отработки задания. Логическое устройство определяет венти-

ли, управление которыми задают требуемые векторы Ui, Uj для удовлетворе-

ния условиям уравнения (6.7.4).

Итак, достоинством такой системы является ее простота, недостатком, как у всякой разомкнутой системы, – возможное неоднозначное соответствие фактического обобщенного вектора напряжения инвертора заданному на входе из-за наличия возмущений, в основном по источнику входного напряжения инвертора, так как возмущения по нагрузке здесь сказываются значительно слабее (кроме нарушения ее симметрии), чем в преобразователях на вентилях с неполным управлением.

Замкнутая вертикальная система управления по обобщенному век-

тору напряжения (тока) инвертора. Обобщенный вектор, как известно (см. раздел 2.3.2), может быть задан не только в комплексной форме (модулем и фазой), но и своими двумя ортогональными проекциями в той или иной системе координат. По этим проекциям и можно организовать замыкание системы управления по обобщенному вектору.

Блок-схема такой системы управления показана на рис. 6.7.8. Здесь Х3.1, Х3.2 сигналы задания ортогональных составляющих обобщенного вектора напряжения или тока инвертора, по которому организуется управление.

198

Рис. 6.7.8

Три фазных выходных переменных хА, хВ, хС (напряжение или ток фаз) с помощью координатного преобразователя 3/2 преобразуются в две переменные, являющиеся проекциями обобщенного вектора. Фазные переменные при этом не должны иметь составляющей нулевой последовательности, т.е. должно выполняться равенство для сигналов обратной связи

xA + xB + xC = 0.

Если используется неподвижная система координат (α, β), то компоненты обобщенного вектора х1 и х2 в соответствии с (2.3.19) равны фазному напря-

жению (току) хА и уменьшенному в 3 раз линейному напряжению (току) хВС.

При этом сигналы задания Х3.1, Х3.2 являются синусной и косинусной функциями с частотой, равной требуемой частоте выходного напряжения инвертора.

Если используется вращающаяся система координат с требуемой частотой выходного напряжения (система d, q-координат), то преобразователь ко-

ординат 3/2 сначала получает α, β составляющие обобщенного вектора, а затем по соотношению (2.3.23) и искомые составляющие.

Сигналы ошибок ∆х1 и ∆х2, которые находят вычитанием из сигналов заданий соответствующих сигналов обратной связи по составляющим обобщенного вектора, обрабатываются регуляторами Р1 и Р2, обычно пропорциональ-

ными или пропорционально-интегральными. В случае системы α, β координат сигналы регуляторов содержат, как и сигналы задания, первую гармонику, определяющую частоту выходного напряжения инвертора, а также высшие гармоники, обусловленные частотой коммутации при ШИМ. В случае d, q-ко- ординат сигналы регуляторов являются сигналами постоянного тока (как и сигналы задания) в совокупности с высшими гармониками, также обуслов-

199