Инверторы с прямым цифровым управлением
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.
X=0; 60; 120; 180; 240; 300
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)
|
|
|
|
|
|
|
U0(001)
|
|
|
| c
| -1/3
| -1/3
| +2/3
|
U60(011)
|
| A B C
|
| c
| -2/3
| +1/3
| +1/3
|
U120(010)
|
|
|
|
c
| -1/3
| +2/3
| -1/3
|
U180(110)
|
|
|
|
| +1/3
| +1/3
| -2/3
|
Окончание табл. 9.1
U240(100)
|
|
|
|
+2/3
| -1/3
| -1/3
|
U300(101)
|
|
| b
|
| -1/3
| +2/3
| -1/3
|
0(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
базовых векторов
Дата добавления: 2021-04-21; просмотров: 403;