Источник: Вісник кафедри «Електротехніка» за підсумками наукової діяльності студентів. - Донецьк, ДонНТУ, 2011 стр. 89-92
В електроприводах змінного струму великої і середньої потужності все більше застосування знаходять багаторівневі перетворювачі частоти (БПЧ), серед яких най-кращі показники якості вихідного сигналу мають каскадні БПЧ (КБПЧ). Основним не-доліком таких перетворювачів частоти (ПЧ) є велика кількість напівпровідникових ключів і складність силових та інформаційних кіл. Частково цих недоліків позбавлені несиметричні КБПЧ (НКБПЧ). Дослідження можливості застосування НКБПЧ для сис-тем векторного керування асинхронним двигуном (АД) є актуальним питанням сьогодення.
Мета роботи. Адаптація НКБПЧ при кратності напруг АІН у вихідних фазах 1:1:4 з використанням одночасної модуляції напруги завдання гармоніками кратними трьом у систему полеорієнтовного керування АД і розробка математичної моделі сис-теми за допомогою додатка Simulink пакету MATLAB.
Як відомо реалізація НКБПЧ супроводжується рядом проблем [2]. Зокрема цир-куляцією енергії між різними АІН однієї фази, що обумовлено зміненням напрямку пе-редачі енергії джерела постійного струму. Можливі наступні рішення цієї проблеми: вибір кратності напруги (неефективне через значне обмеження рівнів у вихідній напру-зі); використання джерел постійного струму двосторонньої провідності (значно усклад-нює силову схему); використання попередньої модуляції сигналу завдання гармоніками кратними трьом [1].
В якості системи векторного керування АД була обрана система регулювання у рухомій ортогональній системі координат dq, орієнтованої за потокозчепленням ротора, модель якої у пакеті Matlab додатку Simulink зображена на рис. 1.
Рисунок 1 – Система векторного керування АД
Система керування АД при живленні його від НКБПЧ має деякі особливості. А саме, необхідно виключити можливість циркуляції енергії окремих АІН однієї фази. Це досягається у блоці координатного перетворювача за допомогою попередньої модуляції сигналу завдання третьою і дев’ятою гармоніками. Структура такого координатного перетворювача зображена на рис.2
Рисунок 2 – Координатний перетворювач dq в АВС з використанням попередньої модуляції
На рис. 2 у блоці «Формування сигналу модулюючої напруги» реалізовано розрахунок амплітуд третьої і дев’ятої гармонік і формування предмодулюючих напруг. Алгоритм розрахунку для багаторівневого автономного інвертора напруги (БАІН) з кратністю напруг – 1:1:4 приведено в [1]. Розраховані залежності А3=f(A1) и A9=f(A1), зображено на рис. 3, де А1, А3, А9 – амплітуди першої третьої і дев’ятої гармонік напруги відповідно.
Рисунок 3 – Розраховані залежності модулюючих гармонік
На вхід координатного перетворювача поступають сигнали 
де 
— формуються системою векторного керування і характеризують результуючу складову вектора, що задається (1); 
— формуються в блоці формування сигналу (2) і визначають нейтральну складову результуючого вектору.
(1),
(2)
Координатний перетворювач розраховує фазні координати результуючого век-тора напруги з урахуванням попередньої модуляції сигналу завдання (3).
(3)
Результати моделювання системи векторного керування АД при живленні його від НКМПЧ зображені на рис. 4а. Розроблена система керування є універсальною і не залежить від типу ПЧ. Для порівняння показників регулювання на рис. 4б приведені перехідні процеси в АД при живленні його від «класичного» ПЧ на базі АІН.
Рисунок 4
– Перехідні процеси за моментом двигуна при живленні його від:
а) НКБПЧ; б) «класичного» ПЧ на базі АІН
Як видно з рис. 4 пульсації моменту двигуна при живлені його від НКМПЧ зменшуються приблизно в три рази, що сприяє зменшенню вібрацій і шуму при роботі АД.
На рис. 5 зображені осцилограми струмів джерел постійного струму однієї фази БАІН.
Рисунок 5
– Перехідні процеси за струмом у джерелах постійного струму БАІН:
1. Шавьолкін
О.О. Перетворювальна
техніка: навчальний посібник/ О.О. Шавьолкін, О.М.Наливайко.
–
Краматорськ,
ДДМА, 2008. - 326с.
2.
Шавёлкин А.А. Каскадные
многоуровневые преобразователи частоты с улучшенными энергетическими
характеристиками/ А.А.Шавёлкин // Наук.-приклад. журнал «Технічна
електродинаміка»
Тем. випуск. Силова електротехніка і
енергоефективність.-Київ,
2010. – Ч.1. – С.65-70