Большинство выпускаемых сегодня преобразователей частоты для регулирования скорости вращения трехфазных двигателей обеспечивают управление инвертором напряжения в режиме синусоидальной центрированной (симметричной) широтно-импульсной модуляции.
Суть метода состоит в одновременном управлении на заданной несущей частоте (обычно 10-20 кГц) сразу всеми шестью ключами инвертора (рис. 9.16) таким образом, что в средних точках каждой стойки инвертора формируются волны синусоидального выходного напряжения U1, U2, U3, сдвинутые друг относительно друга на 120 электрических градусов. При этом верхний и нижний ключи всегда коммутируются в противофазе и максимальная амплитуда выходного сигнала равна половине напряжения на звене постоянного тока Udc/2. Если для формирования напряжения Udc использовать стандартный неуправляемый выпрямитель, то двигатель окажется недоиспользованным по напряжению примерно на 15 %.
Для того, чтобы обеспечить номинальные параметры исполнительного двигателя, разработчики были вынуждены идти на искажение формы выходного напряжения в зоне частот, близких к номинальной, т. е. переходить от синусоидальной формы выходного напряжения к трапецеидальной (в пределе к прямоугольной). Теория этого вопроса активно развивалась зарубежными и отечественными учеными на протяжении более чем 10 лет. Сегодня можно констатировать, что все теоретические вопросы решены и, более того, аппаратно поддержаныв конструкциях встроенных ШИМ-генераторов ряда специализированных микроконтроллеров серии MotorControl.
GND
U
U
U
A
B
C
VT1
VT2
VT5
VT3
VT6
VT4
Базовые векторы
U
X
=
U
X
(
A
,
B
,
C
)
X=0; 60; 120; 180; 240; 300
Сектор 6
U
(001)
U
(011)
U
(010)
O(111)
O(000)
U
OU1
Сектор 2
Сектор 1
Сектор 3
Сектор 4
U180(110)
Сектор 5
U240(100) U300(101)
Рис. 9.16. ШИМ – модуляция базовых векторов
Суть метода, получившего название широтно-импульсной модуляции базовых векторов (векторной ШИМ-модуляции), состоит в отказе от одновременной коммутации всех ключей инвертора и в переходе к коммутации между несколькими, заранее выбранными состояниями инвертора, каждое из которых соответствует определенному пространственному положению вектора результирующего напряжения, приложенного к двигателю. В табл. 9.1, показаны схемы включения силовых ключей и векторные диаграммы для наиболее часто используемого набора базовых векторов, соответствующего стандартной 6-тактной коммутации 1; 0,5; 0,5 (верхний ключ, два нижних или два верхних, нижний).
Схемы включения силовых ключей Таблица 9.1
Базовый вектор
Схема включения и векторная диаграмма
Фазные напряжения (Uф/Udc)
обозначение
код
UC
Ub
Ua
0(000)
c
b
a
O(000)
U0(001)
a
b
c
A B C
b
a
U
c
-1/3
-1/3
+2/3
U60(011)
A B C
b
a
U
c
-2/3
+1/3
+1/3
U120(010)
b
U
c
-1/3
+2/3
-1/3
U180(110)
a
U
+1/3
+1/3
-2/3
Окончание табл. 9.1
U240(100)
b
c
a
U
+2/3
-1/3
-1/3
U300(101)
a
b
c
A B C
b
c
a
U
-1/3
+2/3
-1/3
0(000)
a
b
A B C
a
b
c
c
(000)
Имея восемь базовых векторов, два из которых «нулевые» из за отключенного напряжения (0), а остальные сдвинуты в пространстве на 60 электрических градусов (рис. 9.17), можно воспроизвести любой требуемый вектор выходного напряжения путем переключения на периоде
ШИМ между двумя базовыми векторами текущего сектора Ux и Ux+60 и нулевыми векторами 0(000) и 0(111).
Как показано на рис. 9.17 а, в предельном случае, когда нулевые векторы не используются, годограф вектора результирующего напряжения представляет собой шестиугольник, описанный вокруг базовых векторов. С учетом того, что амплитуда базового вектора составляет 2/3 Udc, возможно формирование кругового годографа вектора результирующего напряжения с амплитудой 0,577 Udc, что на 15 % больше амплитуды выходного напряжения для случая классической синусоидальной центрированной ШИМ.
Рис. 9.17. Сравнительный анализ различных методов ШИМ-модуляции
A B C
