ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ АВТОНОМНОГО ИНВЕРТОРА ТОКА

 

Автор: Ю.С. Деревянко, А.А. Шавёлкин

 

Описание: В данной работе рассмотрен принцип использования АИТ в режиме источника синусоидального напряжения. Представлена модель и результаты моделирования схемы автономного инвертора тока в программном пакете MATLAB.

 

Источник: Вестник кафедры "Электротехника" по итогам научной деятельности студентов. - Донецк, ДонНТУ, 2013.

 

 

Перспективным в плане получения выходного синусоидального напряжения представляется решение преобразователя частоты на базе автономного инвертора тока (АИТ) с выходным емкостным фильтром при использовании ШИМ [1,2,3]. Тем более что форма напряжения, близкая к синусоидальной, обеспечивается во всем диапазоне регулирования выходной частоты. Вопрос использования АИТ в качестве источника синусоидального напряжения на данный момент времени изучен недостаточно.

Цель работы. Изучение принципа использования АИТ в режиме источника синусоидального напряжения. Разработать математическую модель для исследования.

Схема трехфазного мостового АИТ на запираемых по цепи управления ключах с односторонней проводимостью (рис.1) содержит выходной емкостной фильтр высших гармоник. Независимо от используемого алгоритма АИТ формирует на выходе ток i_И импульсной формы, который является суммой токов конденсатора i_С и нагрузки i_Н (i_И=i_С+i_Н). В работе [3] рассмотрен принцип формирования напряжения с использованием трех релейных регуляторов напряжения (РРН), обеспечивающий высокое качество выходного напряжения АИТ при минимальном количестве переключений ключей схемы.

При этом РРН фазы формируют сигналы управления ключами в плече АИТ Р и N, обеспечивающих протекание в выходной фазе АИТ импульсов тока положительной и отрицательной полярности. Распределение импульсов осуществляется в соответствии с тактом работы схемы. Такты (6 за период) определяются 1-й гармоникой тока i_И, которая отстает от напряжения на угол β. Необходимость определения β - недостаток данного решения.

Предложен алгоритм управления АИТ, при котором используется только сигнал задания на выходное напряжение АИТ. При этом в любой момент времени работает только один РРН в фазе, отклонение напряжения которой от заданного значения напряжения на данный момент времени наибольшее. Для уменьшения количества переключений ключей используется трехуровневый релейный регулятор напряжения.

Также предложено для устойчивой работы системы при формировании сигнала задания напряжения АИТ использовать коррекцию по току на входе.

Моделирование предложенных решений выполнено при использовании программного пакета MATLAB. Структура разработанной модели АИТ с активным выпрямителем тока (АВТ) на входе включает в себя: источник входного переменного напряжения, фильтр на входе АВТ,  систему управления АВТ и АИТ, САР АВТ с ПИ- регулятором тока, блок коррекции задания АИТ, активно-индуктивную нагрузку Z_Н=10Ом, cosφ=0.8. Емкость конденсаторов выходного фильтра С=115 мкФ (Q_C=0.6Q_L), L_d=20mГн. Отклонение (delta) для РРН δ=5% от заданного значения амплитуды напряжения фазы нагрузки. Осциллограммы выходного напряжения АИТ u_a, тока i_d, выходного тока фазы АИТ i_И, тока фазы нагрузки i_а, а также напряжение для ключа К1 приведены на рис.2 при f₂=50 Гц. При задании значения I_d=(1-1.25)I_dМИН коэффициент гармоник (THD) напряжения АИТ (при учете гармоник с порядком до 40) THD=3.06-3.57 %, частота переключений ключа АИТ f_П=650-1300Гц. При том же токе нагрузки и f₂=25 Гц (снижении вдвое напряжения (U/f=const) и Z_Н=5 Ом, cosφ=0.8) для  δ=5%  THD=3.39-4.18 %. Значение частоты переключения увеличилось f_П=1300-1600Гц. Значение f_П можно уменьшить, если увеличить δ вдвое (до 10%)  - в этом случае f_П =650-1200Гц, но несколько увеличивается THD=7.01-6.5 %.

Важным достоинством использования релейного принципа формирования напряжения АИТ является то, что качество отработки напряжения практически не зависит от пульсаций тока i_d. Это позволяет уменьшить индуктивность сглаживающего дросселя L_d. Однако в схеме управления АВТ желательно использовать астатическую по среднему значению i_d  систему регулирования (CАР).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Перечень ссылок

 

1. Лазарев Г. Преобразователи для частотно-регулируемого электропривода / Г.Лазарев //Силовая Электроника.- 2008.- №8(132).- С.14-23.

 

2. Волков А.В. Асинхронный электропривод на основе автономного инвертора тока с широтно-импульсной модуляцией/А.В. Волков, А.И. Косенко// Техн. електродинаміка.- Київ: ІЕД НАНУ.- 2008.- Тематичний. вип., Ч.1.- С.81-86.

 

3. Шавёлкин А.А. Преобразователь частоты на базе автономного  инвертора тока/А.А. Шавёлкин// Техн. електродинаміка».– Київ: ІЕД НАНУ.- 2012. – Тематичний вип.,Ч. 4.- С.75-80.