Перевод статьи: Вишнев Т А
AC-AC CONVERTER WITH LOAD POWER ESTIMATOR
Marian Gaiceanu
”Dunarea de Jos” University of Galati,
Department of Electrical Engineering,
Domneasca Street, 111, 6200 Galati- ROMANIA

Преобразователь переменного тока в переменный с оценкой мощности нагрузки

Ключевые слова: ШИМ преобразователь переменного тока в переменный, баланс мощности, контроль ориентированный по полю ротора.

Реферат
В этом документе докладывается о 3-хфазном преобразователе переменного напряжения в переменное посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ) со звеном постоянного тока. Контроль преобразователя источника основан на незначительном токовом контуре в синхронно вращающемся каркасе, питаемом прямой составляющей нагрузочного тока, которая добавляется к базовой, законченной при помощи контура контроля постоянного напряжения каскадным способом. Синхронный ориентированный на ротор основной каркас был использован для контроллеров ориентированных по полю связанных со стороной нагрузки. Две контрольные платы, основанные на ЦИКД (цифровом интеллектуальном контроллере движения) 30 МКВС фиксирующем 32-битный цифровой сигнал процессоре (ЦСП) были включены в систему управления привода переменного тока. Используя контроль баланса мощности, может быть снижено изменение напряжения постоянного тока при изменении нагрузки. Таким образом требуется небольшой связующий конденсатор, чтобы управлять контролем отклонения постоянного напряжения. Для того чтобы получить компонент тока питания, должна быть известна мощность нагрузки. В этом документе мощность нагрузки вычисляется из связи постоянного тока непосредственно через определитель тока в нагрузке. Таким образом автор компенсирует использование серийных связей между контрольными платами для доставки информации о мощности нагрузки со стороны инвертора. Вычислитель тока нагрузки основан на связи постоянного напряжения и на токе нагрузки питаемого преобразователя. С помощью точного контроля синусоидального входного тока, почти единица фактора мощности (0.998), двунаправленного потока энергии, малым (до 5%) пульсациям в постоянном напряжении в любых рабочих условиях были получены сбалансированные трехфазные выходные напряжения. Работ системы преобразования были показаны на результатах опытов.

Введение
Использование принудительно коммутируемых ШИМ преобразователей связано с достижением двунаправленного потока мощности и единичным силовым фактором, соответственно. Первые методы преобразования переменного тока в переменный с помощью ШИМ-модуляторов были даны в [2]-[4]. Преобразователи переменного тока в переменный разделяются на преобразователи со звеном постоянного тока и на непосредственные, соответственно. Система непосредственного преобразователя имеет преимущество в сокращении системных энергосберегающих устройств. Нагрузочный питающий компонент тока был введен, чтобы увеличить мощность преобразователя для уравнивания мощности необходимой для инвертора. Контролируя поток мощности в системе преобразователя переменного тока в переменный, однонаправленная составляющая постоянного напряжения может сохраняться на постоянной величине. Реверс направления потока составляющей постоянного тока обеспечивает реверс мощности. Преобразователь переменного в переменное используется в приводах, которые требуют возможности регенерации энергии, таких как лифты, подъемные краны, центрифуги, воздушные турбины и т.д. Система ШИМ преобразователей в основном используется в промышленных системах приводов переменного тока, где необходим контроль напряжения и частоты на зажимах асинхронных машин.

Преобразователь переменного тока в переменный.
Блок-схема системы преобразования переменного тока в переменный показана на рис.1. На основе опорного постоянного напряжения, сигнала обратной связи по постоянному напряжению, сигналов обратной связи по току (для питания преобразователя, для нагрузки преобразователя), опорной и обратной связи по скорости, опорного потока и намагничивающего тока, и сигнала загрузки по мощности (полученного через оценку мощности нагрузки) программное обеспечение управляет (током, напряжением, потоком и скоростью) системой контроля и генерирует управляющие сигналы на соответствующий ШИМ-модулятор. Входная усилительная индуктивность создана с точки зрения СГИ (суммарного значения коэффициента гармонических искажений). Поэтому входной ток при СГИ ограничен быть менее 5% при полной нагрузке. Усилительная индуктивность ограничивает пиковые токи при переключении до приемлемой величины и сглаживает линейный ток. Конструкция конденсатора переменного тока выполнена при допуске, что пульсирующий ток генерируемый питаемым сетью преобразователем и нагруженным преобразователем равны по величине и на 180* смещены по фазе. Конденсатор обеспечивает функцию развязки между сетью и нагрузкой, соответственно. Итак, конденсатор обеспечивает пониженную величину для пульсирующего тока, который генерируется обоими преобразователями и поддерживает контролируемый уровень напряжения. Система фазовой автоподстройки частоты (ФАПС) необходима для развязки соответствующих токовых контроллеров и для Д-КУ синхронизации осей с опорным напряжением сети, соответственно. ФАПС следит за частотой сети. Из-за предела устойчивости системы [6], [7] пропорциональный коэффициент усиления обратной связи ПИ контроллера напряжения должен быть малым согласно [8]. Для того чтобы получить переменный ток синусоидальной формы при операциях в двигательном режиме, постоянное напряжение регулируется на более высоком уровне чем пиковое входящей линии так, чтобы транзисторы могли контролировать ток.

Контроль преобразователя источника напряжения
Методология детальной конструкции для регуляторов систем преобразователей переменного тока в переменный представлена в [9]. В двигателе переменного тока необходим единичный фактор мощности. Это указывает на определенное расположение основного каркаса и нулевого базового значения для линейного тока оси Д:

Низкое отклонение и высокая чувствительность являются критериями конструкции.

Контроллер напряжения.
Линеаризуя модель с помощью метода малых возмущений вокруг точки равновесия были получены параметры контроллера постоянного напряжения. Основная задача контроллера напряжения - поддерживать постоянное напряжение в цепи связи на определенном уровне. Другая задача - контролировать поток мощности преобразователя напряжения.

Контролеры тока.
Внутренние (токовые) контуры с широкой полосой пропускания необходимы для регулирования реактивной мощности для того, чтобы достигнуть единичного фактора мощности, и чтобы регулировать активную мощность такую, что обеспечивается небольшое изменение постоянного напряжения. В тоже время переменный входной ток регулируется, чтобы быть синусоидальным. Пропорциональные интегральные (ПИ) контроллеры использовались в [9]. Используя метод развязки перекрестная связь между Д и КУ осями благодаря усилительной индуктивности была компенсирована. Таким образом осуществив развязку Д и КУ осей синхронной модели основного каркаса получается контур контроля тока. Связующий компонент тока был добавлен к базовому. Их величина обеспечивается из уравнивания баланса мощности, т.е. силовой преобразователь должен соответствовать требованиям мощности нагрузки. Поэтому,

в которой пропорциональная константа (учитывая, что питающее напряжение имеет постоянную величину) дается как:

Вследствие связующего компонента поток мощности контролируется непосредственно через опорный ток. Выходная мощность звена постоянного тока оценивается как:

Расчетный ток звена постоянного тока дан как:

Математическая модель 3хфазной нагрузочной стороны преобразователя
Путем выравнивания потока ротора по оси Д оси и устанавливая потокосцепление ротора постоянной величиной когда двигатель работает в своей области постоянного момента, следующие уравнения имеют место:

где PSIdr(PSIqr) - потокосцепление ротора по оси Д и КУ Д-КУ модель асинхронного двигателя ориентированного по полю ротора:

В уравнениях напряжения на статоре, компоненты Д и КУ осей связаны. Они могут быть развязаны с помощью представления соответствующих связующих условий компенсации и противоЭДС питающих напряжений Еd и Еq в осях Д и КУ задания на напряжение.

где eds=i*ds-ids, eqs=i*qs-iqs показывают ошибки по току в осях Д и КУ, и i*ds, i*qs задание на ток в осях Д и КУ, соответственно. Kp и Ki показывает пропорциональное усиление и интегральное усиление, соответственно.

Ссылки

1. T.,Kataoka, K., Mizumachi, and S., Miyairi: «A pulsewidth controlled ac to dc converter to improve power factor and waveform of the ac line current,» IEEE Trans. Ind. Appl., vol. IA-15, pp. 670-675, Nov/Dec, 1979
2. E. P. Weichmann, P.D. Ziogas, and V.R. Stefanovic: «A novel bilateral power conversions scheme for variable frequency static power supplies» IEEE Trans on Ind. Appl., vol IA-21, pp. 1225-1233, Sept./Oct, 1985
3. P.D.Ziogas, Y.G.Kang, and V. Stefanovic: «Rectifierinverter frequency changers with suppressed dc link components» IEEE Trans. on Industry Appl., vol. IA-22, no.6, pp. 1027-1036, Nov.-Dec. 1986
4. P.D.Ziogas, Y.G.Kang, and V. Stefanovic: «PWM control techniques for rectifier filter minimization» IEEE Trans. on Industry Appl., vol. IA-21, pp. 1206-1213, Sep../Oct. 1985
5. Ooi, B.T., Dixon J. W., Kulkarni A. B., Nishimoto, M. (1988). An integrated AC Drive system Using a Controlled-Current PWM Rectifier/Inverter Link, IEEE Trans on Power Electronics, vol.3, pp. 64-71, Jan/Feb.
6. B. T. Ooi, Y.Guo, X.Wang, H.C. Lee, H.L. Nakra, J.W. Dixon, «Stability of PWM HVDC Voltage Regulator Based on Proportional-Integral Feedback» EPE Firenze’91, pp.3-076-3-081
7. M. Nishimoto, J.W. Dixon, A.B. Kulkarni and B.T. Ooi, «An integrated controlled-current PWM rectifier chopper link for sliding mode position control» IEEE, Ind. Appl. Soc. Annual Meeting, pp. 752-757, October, 1996
8. Y. Guo, X. Wang, H.C. Lee, and B.T.Ooi, «Poleplacement control of voltage-regulated PWM rectifiers through real-time multiprocessing» IEEE Trans. on Ind. Engineering, vol. 41, no. 2, pp. 224- 230, March/April 1994
9. Gaiceanu M., (2004). AC-AC converter system, PEMD’04, IEE, Edinburgh, UK, 31st March-2nd April, 2004
10. Leonhard, W.: Control of electrical drives, Springer-Verlag, Berlin 1996