СИСТЕМА ЗА УПРАВЛЕНИЕ НА ТРИФАЗЕН АВТОНОМЕН ИНВЕРТОР С ВЕКТОРНА ИМПУЛСНА МОДУЛАТА
В момента, въпреки развития пазар за трифазни автономни инвертори на напрежение (AVI) и честотни преобразуватели, произведени за задвижване с променлив ток, както и за системи за захранване на различни отговорни потребители, има област от технически проблеми, които не могат да бъдат решени решен с помощта на готово оборудване, предлагано от редица чуждестранни компании.за техническо несъответствие с изискванията на клиента. Трябва също да се отбележи, че е необходимо да се осигури отбранителната индустрия на страната с вътрешни разработки. В това отношение изследванията и разработките на трифазен AIN, използван в космическото инженерство и морското оборудване, са изключително актуални. Един от основните етапи в развитието на AIN е проектирането на системата за управление. Всяко управление на силовия преобразувател в крайна сметка се свежда до регулиране на времето на отворено състояние на силовия транзистор спрямо периода на неговата работа. Известно е, че този метод на управление се нарича модулация с широчина на импулса (ШИМ) [1]. Ако за сравнение разгледаме полето на еднофазни преобразуватели, в които се използват предимно полумостови и мостови топологии (с мощност 0,5-3 kW), тогава изграждането на системи за управление за тези силови вериги не води до всякакви особени трудности и се покрива от широк клас интегрирани ШИМ контролери, произведени от индустрията. В същото време, като се вземе предвид най-новата тенденция към изграждането на цифрови (цифрово-аналогови) системи за управление на силови преобразуватели [3], са разработени голям брой методи за управление за класа трифазни инвертори [ 6]. Но когато те се прилагат за решаване на практически проблеми, които изискват формиране на изходно напрежение с повишени честоти (1–2 kHz), системата за управление трябва да бъде разработена самостоятелно поради липсата на готови интегрални решения под формата на трифазни ШИМ контролери.
Известно е, че AVI е статичен преобразувател на постояннотоково напрежение Ed към AC, използвайки полупроводникови превключватели (S1-S6), които могат да бъдат полеви MOSFET транзистори или IGBT [2]. Мостовите транзистори се управляват от управляваща система (CS) в съответствие с един от съществуващите алгоритми, за да осигурят стабилизирано трифазно променливо напрежение (Zn).
В момента има три основни класа CS: аналогов, цифров, смесен (цифрово-аналогов). Днес аналоговите системи за управление отстъпват място на смесени системи за управление, а векторът на развитие е насочен към използването на чисто цифрови системи за управление в преобразуватели на мощност [3]. Въпреки това, работните скорости на съвременните микроконтролери и ADC не са толкова високи, че да осигурят необходимата скорост на системата за цифрово управление на силовия преобразувател, работещ на честоти от 50–100 kHz и повече.
Помислете за смесена система за управление (фиг. 1), при която пропорционално-интегро-диференциращ (PID) контролер се прави традиционно с помощта на операционни усилватели. Линейното напрежение от изхода на инвертора се измерва чрез датчик за напрежение (DN) и като сигнал за отрицателна обратна връзка се добавя към сигнала за зададена точка Uset. Сигналът от изхода на PID контролера се мащабира и преобразува в цифрова серия с помощта на аналогово-цифров преобразувател, след което се подава към цифров импулсен формировател (DSP), който в съответствие с алгоритъма осигурява контролни импулси на трифазен AVI, използващ драйвер (DB) за съвпадение на управляващи сигнали с ниска мощност с нисък входен импеданс на силови транзистори. От особен интерес за изследвания и разработки в представената блокова схема е цифровият контролен център, който е прототип на аналогов ШИМ контролер, който генерира управляващи импулси като функция от сумата на зададената стойност и сигналите за обратна връзка.
Фигура: 1. Блок-схема на AIN с цифрова-аналогова система за управление
Известно е, че с развитието на микропроцесорната технология широко се използват векторни ШИМ алгоритми [5, 6]. Когато този вид ШИМ се реализира два пъти по време на периода на изходната честота, всяка фаза на инвертора става неконтролируема и превключването на превключвателите на захранването не се случва в него. За всяка фаза на изходното напрежение, два пъти през периода на изходната честота, настъпва интервал, равен на π/6, когато стойността на напрежението на тази фаза е максимална в абсолютна стойност (фиг. 2). Според векторния PWM алгоритъм за продължителността на този интервал, съответният ключ (S1-S6) трябва да остане отворен, независимо от коефициента на модулация Km, който не е нищо повече от зададения сигнал Uset в относителни единици, вариращ в диапазона 0 -1 (фиг. 3). Съгласно векторния ШИМ метод, работният период (2π) на всяка фаза на транзисторния мост е разделен на 6 равни интервала от 60 el. градушка. (π/3). Допълнително развивайки този метод, ние ще разделим всеки π/3-интервал на 8 ШИМ интервала от 7,5 ел. градушка. (π/24).
Фигура: 2. An, Bn, Cn - сигнали за фазово управляващи напрежения; Mn - сигнал за предварителна модулация на 3-та хармоника
