Перетворювачі частоти і напруги з широтно-імпульсною модуляцією: аналіз та наукове обґрунтування шляхів підвищення якості електроенергії - Автореферат

Розробка принципів перетворення систем змінного струму однієї частоти і напруги в системи змінного струму іншої частоти і напруги (в тому числі з їх регулюванням), із забезпеченням при цьому високої якості перетвореної напруги і струму, що споживається від первинної системи живлення, та забезпеченням максимально можливого коефіцієнта використання первинної напруги при перетворенні є однією з основних проблем в сучасній електротехніці. Незважаючи на те, що вивченню ШІМ присвячено більшу частину досліджень згаданих вчених, до цього часу не знайшли вирішення питання системного визначення стаціонарних станів перетворювачів, їх взаємного розташування та відносних тривалостей застосування при побудові циклів модуляції, а саме від цього визначення залежить як якість вихідної напруги та вхідного струму, так і можливість забезпечення максимально можливих коефіцієнтів використання напруги джерела живлення. Не менш важливим аспектом підвищення якості електроенергії в перетворювачах частоти та напруги з широтно-імпульсною модуляцією є формування квазісинусоїдального вхідного струму, причому вимоги до гармонічного складу цього струму відрізняються від вимог, які лімітують спектральний склад вихідної напруги, і полягає ця різниця в тому, що ступінь впливу гармонік струму на спотворення кривих напруги на вході перетворювача зростає з номером складової в частотному спектрі кривої вхідного струму, оскільки опір мережі живлення носить індуктивний характер. Дослідження за темою дисертаційної роботи виконувались в Інституті електродинаміки відповідно до планів НДР НАН України за темами: «Дослідити та розробити перетворювачі частоти з векторним керуванням на базі цифрових сигнальних процесорів» (шифр 1.7.3.180, «Сигнал», затверджена постановою Бюро ВФТПЕ НАН України від 23.03.2000р., протокол №3, № ДР 0100U000278); «Дослідити засоби покращення якості керування матричними перетворювачами» (шифр 1.7.3.243, «Сигнал-2», затверджена постановою Бюро ВФТПЕ НАН України від 22.02.2005р., протокол №4, № ДР 0105U002313); «Розробка та дослідження засобів підвищення якості електроенергії на вході і виході напівпровідникових перетворювачів частоти, напруги і струму в умовах несиметрії та несинусоїдальності напруг мережі живлення» («Модулятор», затверджена постановою Бюро ВФТПЕ НАН України від 06.10.2009р., протокол №13, № ДР 0109U006757); «Розробка, дослідження та підготовка до впровадження у виробництво енергозберігаючих багатофункціональних електроприводів з підвищеним ККД» програми «Науково-технічні основи вирішення проблем енергозбереження» («Енергозбереження», затверджена розпорядженням Президії НАН України від 18.04.06 №239, № ДР 0107U000068); прикладних НДР: «Дослідити особливості вдосконалення процесу створення перетворювачів частоти, напруги та струму за рахунок нової генерації мікропроцесорної техніки і засобів візуалізації та моніторингу» («База-П3», затверджена рішенням вченої ради Інституту електродинаміки НАН України від 11.12.2003р., протокол №11, № ДР 0104U003446); «Дослідити електромагнітні процеси та розробити алгоритми адаптивного керування системами з регуляторами напруги, струму, частоти і потужності, орієнтованими на застосування в нових електротехнологіях» («База-П4», затверджена постановою Бюро ВФТПЕ НАН України від 23.01.2007р., протокол №1, № ДР 0107U001690). Метою роботи є створення нових методів широтно-імпульсної модуляції для формування вихідних напруг та вхідних струмів напівпровідникових перетворювачів частоти і напруги, які полягають в системному визначенні стаціонарних станів перетворювачів, їх взаємного розташування та відносних тривалостей використання при побудові циклів модуляції, що дозволяє підвищити якість цих напруг та струмів.У першому розділі проведено аналіз сучасних методів підвищення якості електроенергії на вході та виході напівпровідникових перетворювачів частоти і напруги, розглянуто стан досліджень, спрямованих на вирішення різних аспектів проблеми підвищення якості вихідних напруг та вхідних струмів перетворювальних пристроїв. Показано, що при значеннях коефіцієнта модуляції m>1 для СИНШІМ починаються спотворення вихідної напруги АІН, адже амплітуди кривих ua0, ub0, uc0 при m=1 досягають значень ±udc/2, що задають межі потенціального коридору, перевищення яких вихідними напругами неможливе фізично. Окреслено шляхи розширення лінійного діапазону регулювання вихідної напруги АІН до значень, що відповідають коефіцієнту модуляції m= , з імплементацією в сигнали завдання складових з потроєною та кратними їй частотами, які є складовими нульової послідовності по відношенню до системи сигналів завдання вихідних напруг. 4 показано механізм імплементації в систему сигналів завдання при m= мінімальної за амплітудою підмодулюючої функції UN01, яка при одночасному додаванні до функцій ua0, ub0, uc0 фіксує їх амплітуди в межах потенціального коридору-udc/2? udc/2, що дозволяє розширити діапазон неспотворюючого формування вихідної напруги до значення коефіцієнта модуляції m= : , , . Таким чином, функці

Основний зміст роботи