Повышение энергоэффективности электроприводов переменного тока на базе трехуровневых инверторов напряжения

1.

Кафедра «Электрооборудование и промышленная электроника»
Тема диссертации:
ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ
ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА НА БАЗЕ
ТРЕХУРОВНЕВЫХ ИНВЕРТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ
Аспирант: Ле Ван Кань
Научный руководитель: к.т.н., доц. Шишков Александр Николаевич
Научная специальность: 2.4.2 Электротехнические комплексы и системы
Направление подготовки: 13.06.01 Электро- и теплотехника
Москва 2024

2.

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ (ЭП).
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ.
Исчерпание и рост
цен на ископаемые
топлива
Слабые стороны
альтернативных
источников энергии
2
Широкое применение
электроприводов
(ЭП)
Эффективное
энергосбережение ЭП
Использование
преобразователей частоты
(ПЧ) в ЭП
Совершенствование
и разработка
схемотехнических решений
и алгоритмов управления
для 3У АИН с ФНТ в
составе ЭП-ПЧ
Технические проблемы
многоуровневых
инверторов в ПЧ
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП
Баланс напряжения НТ на
базе 7-ступенчатой ПП
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование

3.

3
ОБЪЕКТ, ПРЕДМЕТ, ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Объект: Система электропривода, состоящая из питающей
электросети переменного тока, ПЧ на основе 3У АИН с
ФНТ и асинхронного электродвигателя на стороне
нагрузки.
Предмет: система управления 3У АИН с ФНТ в составе
ЭП-ПЧ.
Цель:
Повышение
энергоэффективности
и
энергосбережения ЭП-ПЧ на основе 3У АИН с ФНТ
посредством системы управления по усовершенствованным
алгоритмам пространственно-векторной ШИМ (ПВШИМ).
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП
Баланс напряжения НТ на
базе 7-ступенчатой ПП
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование

4.

4
ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ
1. Проведение патентно-литературного обзора современного состоянии ЭП, типичных
топологиях многоуровневых инверторов напряжения в составе ЭП-ПЧ, типичных
методах управления и существующих проблемах обеспечения качества
преобразуемой электроэнергии.
2. Выполнение теоретического анализа принципа работы, принципа алгоритмов
управления ПВШИМ и характерных недостатков (дисбаланс напряжения
нейтральной точки (НТ), возникновение синфазного (СФ) напряжения) 3У АИН с
ФНТ; разработка математической модели в среде Matlab & Simulink для проведения
исследований четырех ключевых качественных показателей данного инвертора в
составе ЭП-ПЧ при применении алгоритма ПВШИМ с различными ПП.
3. Разработка алгоритма баланса НТ в 3У АИН с ФНТ на основе ПВШИМ с
пятиступенчатой ПП.
4. Разработка алгоритма баланса НТ в 3У АИН с ФНТ на основе ПВШИМ с
семиступенчатой ПП.
5. Разработка алгоритма ПВШИМ с гибридной ПП, обеспечивающий одновременную
оптимизацию четырех ключевых критериев качества 3У АИН с ФНТ в составе ЭППЧ.
6. Проведение экспериментальных исследований на лабораторном стенде для
проверки адекватности разработанных алгоритмов для системы управления 3У
АИН с ФНТ в реальных условиях.
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП
Баланс напряжения НТ на
базе 7-ступенчатой ПП
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование

5.

5
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ
Научная новизна работы:
1. Разработана математическая модель системы «электропривод – преобразователь
частоты» на основе 3У АИН с ФНТ, отличающаяся от известных моделей тем, что
содержит систему управления по алгоритму ПВШИМ с различными ПП.
2. Разработан алгоритм ПВШИМ с пятиступенчатой ПП, отличающийся от известных
алгоритмов аналогичного типа тем, что позволяет уменьшить отклонение напряжения
НТ, среднее значение которого по всему диапазону коэффициента модуляции снижается
примерно в 1,86 раза, что приводит к улучшению баланса напряжения НТ и качества
выходного тока 3У АИН с ФНТ.
3. Разработан алгоритм ПВШИМ с семиступенчатой ПП, отличающийся от известных
алгоритмов аналогичного типа тем, что позволяет уменьшить отклонение напряжения
НТ, среднее значение которого по всему диапазону коэффициента модуляции снижается
более чем в 2 раза, что приводит к значительному улучшению баланса напряжения НТ и
качества выходного тока 3У АИН с ФНТ.
4. Разработан алгоритм ПВШИМ с гибридной ПП, который позволяет одновременно
оптимизировать четыре ключевых качественных показателя 3У АИН с ФНТ, что не
может предоставить ни один из существующих алгоритмов. Данный алгоритм
обеспечивает возможность гибкого регулирования степени достижения между
критериями благодаря адаптации коэффициента гибридизации. В зависимости от
условий работы системы могут быть определены оптимальные значения коэффициента
гибридизации в зависимости от коэффициента модуляции.
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП
Баланс напряжения НТ на
базе 7-ступенчатой ПП
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование

6.

РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД НА БАЗЕ ИНВЕРТОРОВ
6
Структурная схема ЭП-ПЧ на основе параллельно подключенных инверторных модулей
СЕТЬ
ВЫПРЯМИТЕЛЬНАЯ СЕКЦИЯ
В
50 Гц
модуль 1
модуль 2
модуль n
или
или
или
ИНВЕРТОРНАЯ СЕКСИЯ
модуль 1
МАШИНА
модуль 2
СЕКЦИЯ ТОРМОЗНОГО МОДУЛЯ
модуль 1
модуль 2
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП
модуль n
модуль n
Баланс напряжения НТ на
базе 7-ступенчатой ПП
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование

7.

ТРЕХУРОВНЕВЫЙ АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ С
ФИКСИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬНОЙ ТОЧКОЙ (3У АИН с ФНТ)
Источник и DC-звено
3У АИН с ФНТ
P id2
Рис. 1.
Трехфазная топология 3У АИН
с ФНТ
7
S4a
S4b
S4c
Cd2
Ud
i
0 НТ
id1
D2a
D2b
S3b
a
D1a
Cd1
S3a
D2c
S3c
c
b
S2a
D1b
S2b
D1c
S2c
uНТ
S1a
S1b
S1c
N
ia
uа
Рис. 2. Типовая форма напряжения ux0
Состояие [O] [P] [O]
[P]
[O] [P]
[O]
[N] [O]
[N]
[O] [N] [O]
uСФ
Zа
ic
ib
ub
Zb
uc
Zc
0
Сигналы
u уп
S 4x
S 3x
S 2x
Табл. 1. Возможные состояния фазы
Напряжение
ux 0
S 1x
+Ud /2
0
3π/2
π/2
2π
π
–Ud /2
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП
Баланс напряжения НТ на
базе 7-ступенчатой ПП
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование

8.

АЛГОРИТМ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВЕКТОРНОЙ ШИМ (ПВШИМ)
8
Рис. 3
В примере на рис. 3б пространственный
вектор напряжения US синтезирован из трех
ближайших базовых векторов UМ1, UМ2 и U0:
U S 1U М1 2U М2 3U 0 ;
1 2 3 1.
(1)
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП
γ1 = t1/TШИМ; γ1 = t1/TШИМ; γ1 = t1/TШИМ –
относительные продолжительности включения
базовых
векторов
UМ1,
UМ2
и
U0
соответственно, а t1, t2 и t3 – их абсолютные
значения.
Баланс напряжения НТ на
базе 7-ступенчатой ПП
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование

9.

9
АЛГОРИТМ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВЕКТОРНОЙ ШИМ (ПВШИМ)
Б2
Б2
Б2
4
4
4
М2
θ
0
3
1
U2S
М2
С1
US
3
1
2
U1S М1
Сегмент 1
М2
С1
U2S
US
2
U2S
θ
Б1
0
Б2
U2S
М2
С1
1
3
US
Б1
Сегмент 2
0
С1
1
2
θ
U1S М1
Б2
Сегмент 3
Баланс напряжения НТ на
базе 7-ступенчатой ПП
0
U1S М1
Б1
Сегмент 4
Относительные продолжительности γ1, γ2, γ3 определенны:
1 3 U1S ;
1 3 U1S 1;
1 1 3 U 2S ;
2 3 U 2S ;
2 3 U 2S ;
2 1 3 U1S ;
1 .
1 .
1 .
3
1
2
1
2
1
2
3
3
Условие принадлежности вектора US соответственному сегменту:
U1S 1 3;
U1S U 2S 1 3
U1S 1 3
U 2S 1 3;
U1S 2 3 sin N сек 3 ;
Здесь:
U1S U 2S 1 3.
U
2
3
sin
N
1
3
.
2 S
сек
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП
US
3
2
θ
М1 U1S
4
1 3 U1S ;
2 3 U 2S 1;
1 .
1
2
3
U 2S 1
3
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование

10.

ПРОБЛЕМА ДИСБАЛАНСА НАПРЯЖЕНИЯ
НЕЙТРАЛЬНОЙ ТОЧКИ (НТ)
Табл. 2. Влияние базовых векторов на напряжение НТ
Ток iНТ определяется:
a ,b , c
a ,b , c
iНТ Fd 2 x Fd 1x ix sx2 ix
x
10
(2)
x
Отклонение ΔuНТ определяется:
C Cd 1
2
uНТ ud 1 ud 2 d 2
U d
iНТ dt (3)
Cd 2 Cd 1
Cd 2 Cd 1
Дисбаланс напряжения НТ приводит
к:
- высоким пульсациям напряжения на
конденсаторах звена постоянного
тока,
- повышенным пульсациям выходного
тока,
- перенапряжению в
полупроводниковых проборах.
Табл. 3. Ток НТ в соответствии с базовыми векторами в
двигательном режиме
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП
Баланс напряжения НТ на
базе 7-ступенчатой ПП
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование

11.

11
ПРОБЛЕМА СИНФАЗНОГО (СФ) НАПРЯЖЕНИЯ
Уровень СФ напряжения в соответствии с уравнением (6) и зависит от состояния всех трех
фаз АИН, ассоциированного с каждым базовым вектором.
u u u
U
(4)
uСФ a 0 b 0 c 0 d sx
3
6 x a ,b , c
Табл. 4. Влияния базовых векторов на СФ напряжение
Высокий уровень СФ напряжения может вызвать перенапряжение в изоляции обмотках
двигателя, увеличить электромагнитные помехи → рост высокочастотного тока через
подшипники электродвигателя.
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП
Баланс напряжения НТ на
базе 7-ступенчатой ПП
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование

12.

12
КЛЮЧЕВЫЕ КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДЛЯ 3У АИН С ФНТ
1) Качество кривой тока на выходе инвертора оценивалось по коэффициенту общего
гармонического искажения
I
n 2
THDi
2
m (n )
(5)
I m (1)
2) Оценка эффективности баланса напряжения НТ для АИН с любым источником
питания Ud производилась по максимальному относительному отклонению
напряжения НТ
ud 1 ud 2 max
u
uНТ.m НТ.m 100%
100%
(6)
Ud
Ud
3) Для оценки уровни коммутационных потерь использовался показатель относительного
снижения числа пар переключений силовых ключей nПК по отношению к типовой
семиступенчатой ПП
N ПК
(7)
nПК
100%
N ПК 7 ПП
4) Коэффициент заполнения импульсов γСФ с высокими уровнями СФ напряжения за
один период основной гармоники напряжения на выходе АИН
n
СФ
t
i 1
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП
СФ.i
T 1
100%
Баланс напряжения НТ на
базе 7-ступенчатой ПП
(8)
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование

13.

ОБЩЕЕ КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ «ЭП-ПЧ»
НА ОСНОВЕ 3У АИН С ФНТ
3У АИН с ФНТ DC-звено
Ud
УП
fзад
2π θ
f
0
O
P
Драйвер
ГУП
θ
12 бит
Рис. 4.
Структурная схема ЭП со
скалярной системой
управления на базе 3У АИН с
ФНТ
Алгоритм
пространственновекторной ШИМ
N
13
Zн
fсин
μ
Определитель N
сег
номера
сегмента
Расчет
γ1, γ2, γ3
γ1,2,3
УП
...
uп
Nбит
Nсег
12 бит
fШИМ
Nсек
Модуль памяти
uп
Nсек
Блок сравнения
ГПН
Расчет U1S, U2S
Рис. 5.
Функциональная
схема алгоритма
ПВШИМ для 3У
АИН с ФНТ
Определитель
номера сектора
θ
ПВШИМ-модулятор
Вычислитель уровней
переключения
ПВШИМ-вычислитель
fсин
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП
Баланс напряжения НТ на
базе 7-ступенчатой ПП
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование

14.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ТРЕХ ТИПОВЫХ ПП:
базовой, семиступенчатой и пятиступенчатой
14
Графики зависимостей δuНТ.m, THDi, nПК, γСФ от коэффициента модуляции μ
18
16
14
базовая ПП
7-ступенчатая ПП
5-ступенчатая ПП
7
6
12
10
THDi [%]
δuНТ.m [%]
8
базовая ПП
7-ступенчатая ПП
5-ступенчатая ПП
8.69%
8
6.08%
6
4
5
4
3.05%
3
1.94%
2
3.38%
1.20%
1
2
0
0
0
0.2
0.4
μ
0.6
0.8
1
0
0.2
а)
0.4
μ
0.6
0.8
1
б)
250
60
базовая ПП
7-ступенчатая ПП
5-ступенчатая ПП
225
базовая ПП
7-ступенчатая ПП
5-ступенчатая ПП
50
175
γСФ [%]
nПК [%]
200
164,6%
150
125
40
38,0%
30
19,17%
20
100
10
68,0%
75
50
0
0
0.2
0.4
μ
0.6
0.8
1
в)
Введение и 3У АИН с ФНТ
Три
Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
типовые ПП базе 5-ступенчатой ПП
0
0.2
0.4
μ
0.6
0.8
1
г)
Баланс напряжения НТ на
базе 7-ступенчатой ПП
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование

15.

БАЛАНС НАПРЯЖЕНИЯ НТ НА БАЗЕ ПЯТИСТУПЕНЧАТОЙ ПП
(ПВШИМ 1)
Сегменты
1и3
δuНТ
Табл. 5. Варианты пятиступенчатой ПП для сектора I
15
Сегменты
2и4
ε
0
–ε
t
Вариант ПП N NP PN P
Nвар 11 10 01 00
P
00
P
00
N
11
N
11
Рис. 6. Принцип выбора оптимального варианта ПП
fсин
Сегмент 1
fсин
fсин
fсин
Сегмент 2
fсин
TШИМ
O P P P O O O O O O
O O P O O O O N O O
O O O O O O N N N O
«P»
+ 0 переключения
fсин
TШИМ
P P P P P P P O P P
O O N O O O N N N O
O N N N O N N N N N
«N»
+ 1 переключения
«P»
а)
«N»
б)
fсин
Сегмент 1
fсин
fсин
TШИМ
P O O O P O O P O O
O O O O O O O O O O
O O N O O N O O O N
«PN»
+ 2 переключения
«NP»
в)
Рис. 7. Число переключений при переходе между
двумя вариантами ступенчатой ПП для сектор I
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
на базе 5-ступенчатой ПП базе 7-ступенчатой ПП
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование

16.

БАЛАНС НАПРЯЖЕНИЯ НТ НА БАЗЕ ПЯТИСТУПЕНЧАТОЙ ПП
(ПВШИМ 1)
Рис. 8. Временные диаграммы δuНТ.m и uab при μ = 0,4 для
включения: а) только варианта «P»; б) только варианта «N»
18
Рис. 9. Временные диаграммы δuНТ.m и uab при μ = 0,8 для
включения: а) только варианта «P»; б) только варианта «N»
8
известный алг.
предложенный алг.
16
известный алг.
предложенный алг.
7
14
6
12
10
THDi [%]
δuНТ.m [%]
16
8.69%
8
6
4.68%
5
4
4
2
2
1
0
3.05%
3
2.67%
0
0
0.2
0.4
μ
а)
0.6
0.8
1
0
0.2
0.4
μ
0.6
0.8
1
б)
Рис. 10. Величины δuНТ.m (а), THDi (б) при изменении коэффициента
модуляции μ
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
на базе 5-ступенчатой ПП базе 7-ступенчатой ПП
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование

17.

БАЛАНС НАПРЯЖЕНИЯ НТ НА БАЗЕ СЕМИСТУПЕНЧАТОЙ ПП
(ПВШИМ 2)
В примере для сегмента 1а сектора I (рис. 12)
пространственный вектор напряжения US синтезирован
из трех ближайших базовых векторов UМ1, UМ2 и U0:
U S 1 pU М1 p 3U 0 2U М 2 n 1nU М1n ;
1 p 1 1 2;
(9)
1n 1 1 2;
1.
1 2 3
За период ТШИМ, среднее значение тока НТ, вызванного
базовыми векторами в используемой семиступенчатой
ПП, определяется выражением
iНТ k iНТ.k
(10)
17
fсин
fсин
TШИМ
УП3 = УП2 + γ2
УП2 = УП1 + γ3
УП1 = γ1p
uп
t
Интервал t1p/2 t3/2 t2/2 t1n/2 t1n/2 t2/2 t3/2 t1p/2
Базовые векторы
P O O O O O O P
Состояние
силовых O
ключей
O O N N O O O
O O N N N N O O
Рис. 11. Принцип переключения базовых векторов в
семиступенчатой ПП на одном периоде ШИМ для
сегмента 1а (сектор I)
ПВШИМ 2: Для минимизации отклонения
напряжения НТ необходимо регулировать
величину Δγ так, чтобы среднее значение
тока НТ стремилось к нулю, т.е.
iНТ k iНТ.k 0
(11)
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на Баланс напряжения НТ
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП на базе 7-ступенчатой ПП гибридной ПП
исследование

18.

БАЛАНС НАПРЯЖЕНИЯ НТ НА БАЗЕ СЕМИСТУПЕНЧАТОЙ ПП
(ПВШИМ 2)
18
Графики зависимостей δuНТ.m, THDi, nПК, γСФ от коэффициента модуляции μ
12
8
известный алг.
предложенный алг.
10
известный алг.
предложенный алг.
7
THDi [%]
δuНТ.m [%]
6
8
6,08%
6
4
5
4
3
2,03%
1,73%
2
2,74%
2
1
0
0
0.2
0
0.4
0.6
μ
0.8
0.2
0
1
50
известный алг.
предложенный алг.
0.6
0.8
1
известный алг.
предложенный алг.
40
γСФ [%]
110
nПК [%]
μ
б)
а)
120
0.4
100
93,3%
90
30
19,17%
20
15,67%
10
80
0
70
0
0.2
0.4
в)
μ
0.6
0.8
1
0
0.2
0.4
μ
0.6
0.8
1
г)
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на Баланс напряжения НТ
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП на базе 7-ступенчатой ПП гибридной ПП
исследование

19.

19
АЛГОРИТМ ПВШИМ С ГИБРИДНОЙ ПП (ПВШИМ 3)
- Связь между положением пространственного вектора и продолжительностью
включения базовых векторов на примере 1 сегмента (сектор I)
М2
max max 1 , 2 , 3 ;
min min 1 , 2 , 3 .
М2
2
ax
1
in
m
m
min 2
1
а)
4
3
3
min
max 2
max
0
М2
М1
0
б)
3
М1
0
7
5
в)
6
1
М1
базовый вектор UМ1 обеспечивает самое сильное влияние на пространственный
вектор US в области 1 и самое слабое влияние в области 4;
базовый вектор UМ2 обеспечивает самое сильное влияние в области 2 и самое слабое
влияние в области 5;
базовый вектор U0 обеспечивает самое сильное влияние в области 3 и самое слабое
влияние в области 6;
влияние трех базовых векторов в области 7 несущественно отличается.
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП
Баланс напряжения НТ на
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
базе 7-ступенчатой ПП гибридной ПП
исследование

20.

АЛГОРИТМ ПВШИМ С ГИБРИДНОЙ ПП (ПВШИМ 3)
20
Коэффициент гибридизации λ:
d
d 3 при 0 1
U б.m
U б.m 1 3 – нормированная
величина
модуля
малого
базового вектора, равная длине
стороны сегмента;
d – часть длины стороны
сегмента,
соответствующая
включению пятиступенчатой
ПП.
(12)
Рис. 12. Векторная диаграмма гибридной ПП для сектора I (а) и
зависимость области работы типа ПП от коэффициентов μ и λ (б)
Табл. 5.
Условия переключения
между областями в
гибридной ПП
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП
Баланс напряжения НТ на
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
базе 7-ступенчатой ПП гибридной ПП
исследование

21.

21
АЛГОРИТМ ПВШИМ С ГИБРИДНОЙ ПП (ПВШИМ 3)
Гибридная ПП для сектора I
fсин
fсин
fсин
TШИМ
fсин
TШИМ
P O O O O O P
O O O N O O O
O O N N N O O
P
O
O
Сегмент 1:
«п1»
«с1»
fсин
O
O
O
O
O
N
O
O
O
fсин
P
O
O
fсин
TШИМ
P
O
O
Сегмент 3:
«п1»
«с1»
fсин
P
O
N
O
O
N
O
O
N
Сегмент 1:
«п2»
P
O
N
P
O
O
fсин
TШИМ
P P P O P P P
O O N N N O O
O N N N N N O
P
O
O
Сегмент 2:
«п»
«с»
P
O
N
P
N
N
«с2»
fсин
O
O
O
P
O
O
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП
O
O
O
O
O
N
fсин
TШИМ
O P P P P P O
O O O P O O O
N N O O O N N
O
O
N
Сегмент 3:
«п2»
«с2»
fсин
P
O
N
P
O
O
P
O
N
fсин
O
O
N
fсин
TШИМ
P
O
N
P
O
O
fсин
TШИМ
fсин
TШИМ
fсин
TШИМ
O O P P P O O
O O O P O O O
N O O O O O N
TШИМ
P P O O O P P
O O O N O O O
O N N N N N O
fсин
TШИМ
TШИМ
O P P P P P O
O O P P P O O
N N N O N N N
O
O
N
Сегмент 4:
«п»
«с»
P
O
N
P
P
N
P
O
N
O
O
N
Баланс напряжения НТ на
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
базе 7-ступенчатой ПП гибридной ПП
исследование

22.

АЛГОРИТМ ПВШИМ С ГИБРИДНОЙ ПП (ПВШИМ 3)
22
Пространства статического состояния величин δuНТ.m, THDi, nПК, γСФ при
изменении коэффициентов μ и λ
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП
Баланс напряжения НТ на
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
базе 7-ступенчатой ПП гибридной ПП
исследование

23.

АЛГОРИТМ ПВШИМ С ГИБРИДНОЙ ПП (ПВШИМ 3)
23
THDi
γСФ
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
μλ
а)
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
δuНТ.m
γопт
nПК
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
nПК, γСФ [%]
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
λопт = 0.6
δuНТ.m , THDi [%]
Графики THDi, δuНТ.m, nПК, γСФ при μ = 0,4 (а) и оптимального коэффициента
гибридизации λопт = f(μ) (б)
μ
б)
На основе построенной зависимости λопт = f(μ) определена функция аппроксимации
оптимального коэффициента гибридизации λопт в зависимости от коэффициента
модуляции μ:
1, 6071 2 0,825 0, 0036
при 0 0,5;
опт
(13)
2
при 0,5 1.
0, 7143 0,1571 1, 0571
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП
Баланс напряжения НТ на
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
базе 7-ступенчатой ПП гибридной ПП
исследование

24.

24
АЛГОРИТМ ПВШИМ С ГИБРИДНОЙ ПП (ПВШИМ 3)
Графики δuНТ.m, THDi, nПК, γСФ при различных значениях коэффициента λ = 0,
λ = 1 и λ = λопт
18
16
14
λ=1
λ=0
λ = λопт
7
6
12
10
THDi [%]
δuНТ.m [%]
8
λ=1
λ=0
λ = λопт
8.69%
8
6
5
4
4
3.35%
2
2
2.74%
1
0
3.05%
3
1.98%
1.73%
0
0
0.2
0.4
μ
0.6
0.8
1
0
0.2
а)
0.4
μ
0.6
0.8
1
б)
120
40
λ=1
λ=0
λ = λопт
110
λ=1
λ=0
λ = λопт
35
93,3%
90
88,3%
γСФ [%]
nПК [%]
30
100
25
20
15,67%
15
80
12,81%
10
70
5
68,0%
60
0
0
0.2
0.4
μ
0.6
0.8
1
в)
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП
0
0.2
0.4
μ
0.6
0.8
1
г)
Баланс напряжения НТ на
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
базе 7-ступенчатой ПП гибридной ПП
исследование

25.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
25
Экспериментальный стенд
Платформа
управления B-Box
3У АИН с ФНТ
Источник питания
Персональный
компьютер
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП
Асинхронный
электродвигатель
4 кВ, 380 В, 50 Гц
Баланс напряжения НТ на
базе 7-ступенчатой ПП
ПВШИМ с Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование

26.

26
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
Исполняемый код алгоритма управления в среде Matlab & Simulink с
библиотекой «Imperix Blokset»
SVPWM Model
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП
Баланс напряжения НТ на
базе 7-ступенчатой ПП
ПВШИМ с Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование

27.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
27
Рис. 13. Временная диаграмма напряжений ud1, ud2 на DC стороне (а); выходного напряжения uab (б); фазных токов на стороне нагрузки (в)
и спектр гармоник фазного тока (г) при работе с 50% от номинального напряжения для ПВШИМ 1
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП
Баланс напряжения НТ на
базе 7-ступенчатой ПП
ПВШИМ с Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование

28.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
28
Рис. 14. Временная диаграмма напряжений ud1, ud2 на DC стороне (а); выходного напряжения uab (б); фазных токов на стороне нагрузки (в)
и спектр гармоник фазного тока (г) при работе с 50% от номинального напряжения для ПВШИМ 2 и ПВШИМ 3
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП
Баланс напряжения НТ на
базе 7-ступенчатой ПП
ПВШИМ с Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование

29.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
29
Рис. 15. Временная диаграмма напряжений ud1, ud2 на DC стороне (а); выходного напряжения uab (б); фазных токов на стороне нагрузки (в)
и спектр гармоник фазного тока (г) при работе с 100% от номинального напряжения для ПВШИМ 1
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП
Баланс напряжения НТ на
базе 7-ступенчатой ПП
ПВШИМ с Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование

30.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
30
Рис. 16. Временная диаграмма напряжений ud1, ud2 на DC стороне (а); выходного напряжения uab (б); фазных токов на стороне нагрузки (в)
и спектр гармоник фазного тока (г) при работе с 100% от номинального напряжения для ПВШИМ 2
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП
Баланс напряжения НТ на
базе 7-ступенчатой ПП
ПВШИМ с Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование

31.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
31
Рис. 17. Временная диаграмма напряжений ud1, ud2 на DC стороне (а); выходного напряжения uab (б); фазных токов на стороне нагрузки (в)
и спектр гармоник фазного тока (г) при работе с 100% от номинального напряжения для ПВШИМ 3
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП
Баланс напряжения НТ на
базе 7-ступенчатой ПП
ПВШИМ с Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование

32.

32
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
Значение коэффициента δuНТ.m, THDi выходного фазного тока и его средний
значение во всем диапазоне частот f*зад. от 0 до 1 для математического
моделирования (сплошная линия) и экспериментального исследования
(пунктирная линия)
4
ПВШИМ 1
ПВШИМ 2
2.5
ПВШИМ 3
ПВШИМ 1
ПВШИМ 2
ПВШИМ 3
2.3
3.5
2.1
3
1.9
2.407%
2
1.5
1.738%
2.413%
THDi [%]
δuНТ.m [%]
2.5
1.7
1.706%
1.5
1.441%
1.453%
1.3
1.325%
1.345%
1.264%
1.244%
1.1
1
0.9
0.688%
0.685%
0.5
0.7
0.5
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
f*зад
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
f*зад
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Погрешность между математическим и экспериментальным результатами: Δ = 5÷6%
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП
Баланс напряжения НТ на
базе 7-ступенчатой ПП
ПВШИМ с Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование

33.

33
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
Переход между пятиступенчатой ПП и семиступенчатой ПП в гибридной ПП
Nсек
Nсег
Nсек
Nсег
Сегмент 3
Сегмент 2
[P] [P]
[O] [O]
[O] [O]
[O] [O]
[O] [O]
[N] [N]
Рис. 18. в сегменте 1 (или сегменте 3) для сектора I
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП
ПП
(0- 7ПП, 1-5ПП)
с2
п2
с
ua0 /Ud
п1
7-ступенчатая ПП
7-ступенчатая ПП
п
п
с
[P] [P]
[O] [O]
ub0 /Ud
7-ступенчатая ПП
ub0 /Ud
с1
5-ступенчатая ПП
[O] [O]
[O] [O]
uc0 /Ud
7-ступенчатая ПП
uc0 /Ud
ua0 /Ud
ПП
(0- 7ПП, 1-5ПП)
Сектор I
[O] [O]
[N] [N]
Рис. 19. в сегменте 2 и сегменте 4 для сектора I
Баланс напряжения НТ на
базе 7-ступенчатой ПП
ПВШИМ с Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование

34.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
34
1. Путем анализа современного состояния силовой преобразовательной техники в области ЭП-ПЧ определена
актуальность повышения энергоэффективности путем совершенствования и разработки алгоритмов управления 3У
АИН с ФНТ.
2. Разработана математическая модель системы «электропривод – преобразователь частоты» на основе 3У АИН с ФНТ.
На основе данной модели проведен сравнительный анализ качественных показателей по четырем заявленным
критериям с использованием трех различных базовых ПП: базовой, пятиступенчатой и семиступенчатой, что
позволяет подчеркнуть их преимущества и недостатки.
3. На основе ПВШИМ разработан алгоритм управления с целью баланса напряжения НТ в 3У АИН с ФНТ за счет
перехода между четырьмя различными вариантами пятиступенчатой ПП в соответствии с сигналом обратной связи
по отклонению напряжения НТ. Помимо низких коммутационных потерь в наследовании общих характеристик
пятиступенчатой ПП, алгоритм продемонстрировал значительное улучшение баланса напряжения НТ по сравнению
с известными алгоритмами на базе данной ПП.
4. На основе алгоритма ПВШИМ и семиступенчатой ПП разработан алгоритм баланса напряжения НТ в 3У АИН с
ФНТ путем регулирования продолжительности включения между двумя комбинациями состояний p-типа и n-типа
распределенного малого базового вектора с учетом влияния средних базовых векторов и характеристики нагрузки.
Данный алгоритм решил два критерия качества выходного тока и баланса напряжения НТ.
5. Для одновременного решения четырех установленных критериев была разработана гибридная ПП для алгоритма
ПВШИМ. Эта гибридная ПП представляет собой комбинацию пятиступенчатой и семиступенчатой ПП, что
позволяет получить преимущества обеих типов ПП. Разделение областей включения гибридной ПП характеризуется
коэффициентом гибридизации λ, что позволяет определить оптимальные значения этого коэффициента в
зависимости от коэффициента модуляции µ и условий работы системы.
6. Разработан экспериментальный стенд для проверки правильности и эффективности разработанных алгоритмов.
Сравнительный анализ экспериментальных результатов и результатов моделирования продемонстрировал
теоретическую пригодность этих алгоритмов. Таким образом, можно сделать вывод, что три алгоритма,
предложенные в рамках диссертационной работы, могут быть полностью интегрированы в старые системы
управления ПВШИМ на базе встроенных устройств и микропроцессоров. Это позволяет оптимизировать
экономическую ценность без необходимости изменения структуры системы ЭП-ПЧ на основе 3У АИН с ФНТ.
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП
Баланс напряжения НТ на
базе 7-ступенчатой ПП
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование

35.

35
СПАСИБО
за внимание !
Тема диссертации: Повышение энергоэффективности электроприводов переменного
тока на базе трехуровневых инверторов напряжения
Аспирант: Ле Ван Кань
Научный руководитель: к.т.н., доц. Шишков Александр Николаевич
Научная специальность: 2.4.2 Электротехнические комплексы и системы
Направление подготовки: 13.06.01 Электро-и теплотехника

36.

36

37.

37
ТРИ ТИПОВЫЕ ПП: Базовая ПП
Сегмент 1
fсин
fсин
Сегмент 2
fсин
fсин
TШИМ
TШИМ
УП 1 УП 2 УП 3 УП 4 УП 5 УП 6 УП 6 УП 5 УП 4 УП 3 УП 2 УП 1
УП 1 УП 2 УП 3 УП 3 УП 2 УП 1
t3/8 t1/4 t2/4 t3/4 t1/4 t2/4 t3/4 t2/4 t1/4 t3/4 t2/4 t1/4 t3/8
t3/4 t1/2 t2/2 t3/2 t2/2 t1/2 t3/4
P
P
P
P
N O O O
P
O P
P
P
P
P O
O O O N
P
P
P
N N O O O
O O O N N
N N O O O N N
P
N N N O O O
O O O N N N
Сегмент 3
fсин
fсин
N N N O N N N
Сегмент 4
fсин
fсин
TШИМ
TШИМ
УП 1 УП 2 УП 3 УП 4 УП 4 УП 3 УП 2 УП 1
УП 1 УП 2 УП 3 УП 3 УП 2 УП 1
t1/4 t2/4 t3/2 t1/4 t2/2 t1/4 t3/2 t2/4 t1/4
t3/4 t1/2 t2/2 t3/2 t2/2 t1/2 t3/4
O O P
O P
P
P
P
P O O
P
P
P
P O
O O P
P
P O O
P
N O O O
O O O N
N N N O O O N N N
Введение и 3У АИН с ФНТ
Три
Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
типовые ПП базе 5-ступенчатой ПП
N N N O N N N
Баланс напряжения НТ на
базе 7-ступенчатой ПП
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование

38.

38
ТРИ ТИПОВЫЕ ПП: Семиступенчатая ПП
fсин
Сегмент 1a
fсин
Сегмент 3a
fсин
TШИМ
fсин
Сегмент 2
fсин
TШИМ
fсин
TШИМ
УП 1 УП 2 УП 3 УП 3 УП 2 УП 1
УП 1 УП 2 УП 3 УП 3 УП 2 УП 1
УП 1 УП 2 УП 3 УП 3 УП 2 УП 1
t1/4 t3/2 t2/2 t1/2 t2/2 t3/2 t1/4
t1/4 t3/2 t2/2 t1/2 t2/2 t3/2 t1/4
t3/4 t2/2 t1/2 t3/2 t1/2 t2/2 t3/4
P O O O O O P
P
P
O O O N O O O
O O O N O O O
O O N N N O O
O O N N N O O
O N N N N N O
O N N N N N O
fсин
Сегмент 1b
fсин
P O O O P
P
Сегмент 3b
fсин
fсин
P
P O P
P
P
Сегмент 4
fсин
fсин
TШИМ
TШИМ
TШИМ
УП 1 УП 2 УП 3 УП 3 УП 2 УП 1
УП 1 УП 2 УП 3 УП 3 УП 2 УП 1
УП 1 УП 2 УП 3 УП 3 УП 2 УП 1
t2/4 t3/2 t1/2 t2/2 t1/2 t3/2 t2/4
t2/4 t3/2 t1/2 t2/2 t1/2 t3/2 t2/4
t3/4 t1/2 t2/2 t3/2 t2/2 t1/2 t3/4
O O P
O P
O P
P
P O O
P
P
P
P O
P
P
P
P O
P
P O O
O O O P O O O
O O O P O O O
O O P
N O O O O O N
N N O O O N N
N N N O N N N
Введение и 3У АИН с ФНТ
Три
Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
типовые ПП базе 5-ступенчатой ПП
Баланс напряжения НТ на
базе 7-ступенчатой ПП
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование

39.

39
ТРИ ТИПОВЫЕ ПП: Пятиступенчатая ПП
fсин
Сегмент 1a
fсин
Сегмент 3a
fсин
TШИМ
fсин
Сегмент 2
fсин
TШИМ
fсин
TШИМ
УП 1 УП 2 УП 2 УП 1
УП 1 УП 2 УП 2 УП 1
УП 1 УП 2 УП 2 УП 1
t1/2 t3/2 t2 t3/2 t1/2
t1/2 t3/2 t2 t3/2 t1/2
t3/2 t2/2 t1 t2/2 t3/2
P O O O P
P
P
O O O O O
O O O O O
O O N O O
O O N O O
O N N N O
O N N N O
fсин
Сегмент 1b
fсин
fсин
P O P
P
Сегмент 3b
fсин
fсин
P
P
P
P
Сегмент 4
fсин
TШИМ
TШИМ
TШИМ
УП 1 УП 2 УП 2 УП 1
УП 1 УП 2 УП 2 УП 1
УП 1 УП 2 УП 2 УП 1
t2/2 t3/2 t1 t3/2 t2/2
t2/2 t3/2 t1 t3/2 t2/2
t3/2 t1/2 t2 t1/2 t3/2
O O P O O
O P
O P
O O O O O
O O O O O
O O P O O
N O O O N
N N O N N
N N N N N
Введение и 3У АИН с ФНТ
Три
Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
типовые ПП базе 5-ступенчатой ПП
P
P O
Баланс напряжения НТ на
базе 7-ступенчатой ПП
P
P O
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование

40.

БАЛАНС НАПРЯЖЕНИЯ НТ НА БАЗЕ ПЯТИСТУПЕНЧАТОЙ ПП
(ПВШИМ 1)
40
Характеристики вариантов ПП:
-
-
в варианте «P» используются только комбинации
состояний p-типа малых базовых векторов, что
приводит к увеличению напряжения НТ.
в варианте «N» используются только комбинации
состояний n-типа малых базовых векторов, что
приводит к уменьшению напряжения НТ.
- в вариантах «PN» и «NP» используются оба типа
комбинаций состояний малых базовых векторов. На
первую позицию ПП варианта «PN» располагается
комбинация p-типа, а на первую позицию ПП варианта
«NP» располагается n-типа. Следовательно, напряжение
НТ может увеличиваться или уменьшаться в
зависимости от разницы между длительностями
включения комбинаций p-типа и n-типа малых базовых
векторов в течение периода ШИМ.
U0o
[OOO]
UМ1p
[POO]
Вариант P
UМ2p
UМ1p
[PPO] [POO]
U0o
[OOO]
uНТ
Вариант N
U0o
UМ2n
UМ1n
UМ2n
U0o
[OOO] [OON] [ONN] [OON] [OOO]
uНТ
UМ1p
[POO]
Вариант PN
U0o
UМ2n
U0o
[OOO] [OON] [OOO]
UМ1p
[POO]
uНТ
Вариант NP
UМ2n
U0o
UМ1p
U0o
UМ2n
[OON] [OOO] [POO] [OOO] [OON]
uНТ
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
на базе 5-ступенчатой ПП базе 7-ступенчатой ПП
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование

41.

БАЛАНС НАПРЯЖЕНИЯ НТ НА БАЗЕ ПЯТИСТУПЕНЧАТОЙ ПП
(ПВШИМ 1)
41
Блок-схема алгоритма выбора оптимального варианта ПП при ПВШИМ 1
(P – «00», PN – «01», NP – «10», N – «11»)
Начало
Ввод Nсег, e, Ud, ud1, ud2
ud 1 ud 2
uНТ
100%
Ud
нет
Nсег = 1 или 3
Nсег = 2 или 4
да
δuНТ
–e
да
Nвар = «00»
нет
– e < δuНТ
да
Nвар = «01»
0
да
нет
0 < δuНТ
e
нет
δuНТ > e
да
δuНТ < 0
да
Nвар = «10»
Nвар = «11»
да
Nвар = «00»
нет
δuНТ
0
да
Nвар = «11»
Вывод Nвар
Конец
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
на базе 5-ступенчатой ПП базе 7-ступенчатой ПП
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование

42.

БАЛАНС НАПРЯЖЕНИЯ НТ НА БАЗЕ СЕМИСТУПЕНЧАТОЙ ПП
(ПВШИМ 2)
42
В идее нового алгоритма минимизация отклонения напряжения НТ осуществляется путем
регулирования величины Δγ так, чтобы среднее значение тока НТ за период ШИМ стремилось
к нулю: iНТ → 0.
Рассмотрим пример для сегмента 1a, получаем следующие результаты:
U S 1 pU М1 p 3U 0 2U М 2 n 1nU М1n ;
1 p 1 1 2;
1n 1 1 2;
1.
1 2 3
iНТ k iНТ.k
iНТ 1 p ia 3 0 2 ic 1n ia
1 p 1n ia 2 ic
fсин
fсин
TШИМ
УП3 = УП2 + γ2
УП2 = УП1 + γ3
УП1 = γ1p
uп
t
Интервал t1p/2 t3/2 t2/2 t1n/2 t1n/2 t2/2 t3/2 t1p/2
Базовые векторы
P O O O O O O P
Состояние
силовых O
ключей
O O N N O O O
O O N N N N O O
1 ia 2 ic
iНТ 0 2ic 1ia
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на Баланс напряжения НТ
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП на базе 7-ступенчатой ПП гибридной ПП
исследование

43.

43
АЛГОРИТМ ПВШИМ С ГИБРИДНОЙ ПП (ПВШИМ 3)
Блок-схема алгоритма определения областей включения семиступенчатой
(NПП = 0) и пятиступенчатой ПП (NПП = 1) при ПВШИМ 3
Начало
Ввод Nсег, λ, γ1, γ2
нет
Nсег = 1 или 3
да
нет
да
γ1 + (2λ – 1)γ2 < λ
(2λ – 1)γ1 + γ2 < λ
γ1 + (1 – 2λ)γ2
(1 – 2λ)γ1 + γ2
да
Nпп = 0
Nсег = 2 или 4
1–λ
1–λ
нет
да
Nпп = 1
Nпп = 0
Nпп = 1
Вывод Nпп
Конец
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП
Баланс напряжения НТ на
ПВШИМ с
Экспериментальное
Выводы
базе 7-ступенчатой ПП гибридной ПП
исследование

44.

44
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
Обобщенная схема экспериментального стенда
Персональный компьютер
Шкаф управления оборудованием
Платформа управления
АД 380 В, 4 кВТ
Сеть
380 В
Введение и 3У АИН с ФНТ Три типовые Баланс напряжения НТ на
мотивация
и ПВШИМ
ПП
базе 5-ступенчатой ПП
Силовой модуль ФНТ-стоек
Блок питания
Баланс напряжения НТ на
базе 7-ступенчатой ПП
ПВШИМ с Экспериментальное
Выводы
гибридной ПП
исследование