Введение. 
Спектральное моделирование преобразователей с широтно-импульсной модуляцией

Для питания установок электропривода переменного тока и в системах электропитания различных потребителей широко используют инверторы напряжения, корректоры коэффициента мощности и активные выпрямители. Для обеспечения высокого качества электрической энергии на входе и (или) выходе таких преобразователей применяют различные виды широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Наличие множества (до нескольких сот) межкоммутационных интервалов на периоде повторения затрудняет моделирование. Использование широко известных пакетов универсальных программ для моделирования ключевых преобразователей вызывает трудности, связанные с большими затратами времени на проведение модельного эксперимента. В связи с этим на таких моделях затруднен просмотр множества режимов работы и подбор параметров элементов при поиске оптимальных решений.

Преимуществами в этом плане обладают спектральные модели [1], к числу достоинств которых относятся:

• — возможность непосредственного моделирования установившегося режима без затраты времени на расчет переходных процессов,
• — простота составления программы, основанной на использовании стандартных расчетных блоков,
• — высокая производительность модели, которая по меньшей мере на порядок превышает показатели моделей на основе стандартных пакетов программ,
• — простота процедуры изменения параметров элементов, как и изменения силовой схемы и алгоритма управления.

Наряду с этим спектральное моделирование имеет органические недостатки:

• — невозможность анализа процессов в системах с замкнутым контуром управления (возможно моделирование при допущении об абсолютной устойчивости системы управления при априорном задании моментов коммутации ключей),
• — необходимость идеализации схемы инвертора (идеальные ключи, идеальные источники питания).

Существует возможность в значительной мере преодолеть эти ограничения, воспользовавшись итерационными методами.

Для моделирования устройств силовой электроники не существует моделей, обладающих универсальными достоинствами. Спектральное моделирование не заменяет традиционные методы моделирования, а дополняет их. Сочетание различных методов моделирования в конечном счете позволяет сократить затраты времени на модельный эксперимент и проектирование устройства.

Основные методы спектрального моделирования изложены в [1]. Однако материал в указанном пособии ограничен лишь традиционным набором силовых схем и алгоритмов переключения. В то же время в последние годы нашли широкое применение такие способы управления трехфазными инверторами напряжения как векторная ШИМ и предмодуляция, интенсивно завоевывают рынок корректоры коэффициента мощности и активные выпрямители. Сведения об этих устройствах и способах управления ими, как правило, изложены в разрозненных научных публикациях и почти не отражены в учебной литературе.

Указанное пособие восполняет этот пробел. Оно содержит как сведения о современных способах осуществления широтно-импульсной модуляции и основных схемотехнических решениях, так и дает аппарат для успешного спектрального моделирования этих устройств.

Пособие может использоваться при выполнении дипломных проектов и магистерских работ.