Исследование и разработка инверторов напряжения с ШИМ с пассивной фазой
Диссертация
Рассмотрены основные требования к микропроцессорной системе управления инвертором. Разработаны алгоритмы управления, позволяющие снизить требования к вычислительной мощности микроконтроллера и повысить быстродействие работы системы управления. Проведен анализ алгоритмов управления инвертором по затратам необходимой памяти МК и временным затратам на формирования сигнала управления. Определены… Читать ещё >
Список литературы
- Алямкин Д.И., Анучин A.C., Дроздов A.B., Козаченко В. Ф., Тарасов A.C. Козаченко В. Ф. Встраиваемые высокопроизводительные цифровые системы управления — М.: Издательский дом МЭИ, 2010. — 270 с.
- Баховцев И.А., Зиновьев Г. С. О синтезе алгоритмов управления для АИН с ШИМ. В кн.: Тиристорные преобразователи. Новосибирск: НЭТИ, 1985, с. 23 -34.
- Болски М.И. Язык программирования Си: Справочник: пер. с англ. М.: Радио и связь, 1988. 96 с.
- Брайан Керниган, Деннис Ритчи. Язык программирования Си. М.: Невский Диалект, 2000. 352 с.
- Воронин И. П. Исследование энергии динамических потерь в силовых модулях NPTIGBT с прозрачным эмиттером// Силовая электроника № 5, 2011, с. 36−40
- Герман-Галкин С. Компьютерное моделирование преобразователей в пакете Matlab- М.: Корона Принт, 2001 320 с.
- Герман-Галкин С.Г., Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0. СПб.: Корона принт, 2001. — 320с.
- ГОСТ 13 109–97. Электрическая энергия. Электромагнитная совместимость. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. -М.: Госстандарт, 1998.
- Дж. Дэбни, Т. Харман. Simulink 4 секреты мастерства. Перевод с английского М. J1. Симонова. Москва.: БИНОМ Лаборатория знаний.2003.
- Дьяконов В .П. Matlab 6/6.1/6.5 Simulink 4.5 в математике и моделированиию. М.: 2003.-214 с.
- Дьяконов В., Круглов В. MATLAB. Анализ, идентификация и моделирование систем: Специальный справочник СПб: Питер, 2 002 448 с.
- Дьяконов В., Круглов В. Математические пакеты расширения MATLAB: Специальный справочник СПб: Питер, 2001.- 480 с.
- Дьяконов В.П. Система Mathcad., M., Радио и Связь, 1993.
- Дьяконов В.П. Справочник по Mathcad Plus7/0 PRO., M., Скпресс, 1998.
- Евсеев М.Е. Теоретические основы электротехники. Анализ линейных электрических цепей при установившихся режимах работы: Учебное пособие для вузов. СПб.: Изд-во СЗТУ, 2006. — 244 с.
- Зевеке Г. В., Ионкин П. А., Нетушил A.B., Страхов C.B. «Основы теории цепей: Учеб. для вузов» -5-е изд., перераб. -М.: Энергоатомиздат, 1989.-528с.
- Зиновьев Г. С. Основы силовой электроники, учебное пособие, изд. 3-е. -Новосибирск: изд. НГТУ, 2004, 672 с.
- Изосимов Д. Б. Байда С. В. Алгоритмы векторной широтно-импульсной модуляции трехфазного автономного инвертора напряжения // Электротехника. 2004, № 4, с. 21−31.
- Изосимов Д.Б., Байда C.B. Векторный подход к синтезу скользящих режимов. Симплексные алгоритмы. Автоматики и телемеханика, 1985, № 7, с. 56−63.
- Изосимов Д.Б., Рыбкин С. Е., Шевцов C.B. Алгоритмы управления автономным инвертором напряжения. Тезисы докладов Всероссийской научной конференции «Проблемы электротехники». Новосибирск, 1993, с. 18.
- Изосимов Д.Б., Рыбкин С. Е., Шевцов C.B. Симплексные алгоритмы управления трехфазным автономным инвертором напряжения с ШИМ. -Электротехника, 1993, № 12, с. 14 20.
- Калачев Ю.Н. Алгоритмы ШИМ в преобразователях частоты // Приводная техника. 2011. — N 5. — С. 3−11
- Козаченко В., Соловьев А. Новые DSP-микроконтроллеры фирмы Analog Devices ADMC300/330 для высокопроизводительных систем векторного управления электроприводами переменного тока// CHIP NEWS. — 1998.—№ 5. —С. 16−21.
- Козаченко В.Ф. Микроконтроллеры: Руководство по применению 16-разрядных микроконтроллеров Intel MCS-196/296 во встроенных системах управления. — М.:Эком. — 1997. — 688 с.
- Козаченко В.Ф. Перспективная микропроцессорная элементная база и опыт разработки современных систем управления электроприводами и силовыми преобразователями энергии // www.motorcontrol.ru/publications/controllers.pdf
- Козаченко В.Ф., Обухов H.A., Трофимов С. А., Чуев П. В. Применение DSP-микроконтроллеров фирмы «Texas Instruments» в преобразователях частоты «Универсал» с системой векторного управления// Электронные компоненты. N4, 2002, -с. 61−64
- Колпаков А. И. Малоизвестные факты из жизни IGBT и диодов. Часть 2. IGBT.// Силовая электроника № 6, 2012, с. 30−34
- Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин: Учеб. для вузов, 2-е изд.-М.: Высш. шк., 1994.-318 с.
- Крейдл X. и др. Работа с микроконтроллерами семейства HC(S)08: пособие для технических вузов / М.: Изд-во МЭИ, 2005. — 444 с.
- Круг К. А. Основы электротехники. Т2. М, — Ленинград- М.: Государственное энергетическое издательство. 1946.
- Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника. М: Техносфера. — 2005.
- Мелешин В.И., Овчинников Д. А. Управление транзисторными преобразователями электроэнергии. М: Техносфера. 2011.
- Мустафа Г. М., Ковалев Ф. И., «Сравнительный анализ трех способов управления импульсными следящими инверторами», Электричество, 1989, № 2, с. 29−37.
- Нейман Л. Р, Демирчан К. С.. Теоретические основы электротехники. В 2 т. Т 1—3-е изд Л.: Энергоиздат, 1981.
- Новгородцев А.Б. Расчёт электрических цепей в MATLAB: Учебный курс. СПб.: Питер, 2004. — 250 с.:ил.
- Обухов С.Г., Чаплыгин Е. Е., Кондратьев Д. Е. Широтно-импульсная модуляция в трехфазных инверторах напряжения// Электричество, № 8, 2008, с. 23−31.
- Плехов A.C., Зайцев А. И. Система управления электроприводом с автономным инвертором тока // Электротехнические комплексы и системы управления 2009, № 2, с. 51 -54.
- Попков 0.3. Основы преобразовательной техники. Автономные преобразователи. М.: МЭИ. — 2003.
- Разевиг В. Д. Система проектирования OrCAD 9.2 Солон Р, 2003. — 528 с.
- Ремизевич Т.В. Микроконтролеры для встраиваемых приложений: От общих подходов к семействам НС05 и НС08 фирмы Motorola — М.: ДОДЭКА, 2000.
- Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. М.:Энергоатомизхдат, 1992.
- Розанов Ю.К., Рябчицкий М. В., Кваснюк A.A. Силовая электроника: учебник для ВУЗов. М. Издательский дом МЭИ, 2007. — 632 с.
- Рудаков В.В., Столяров И. М., Дартау В. А. Асинхронные электроприводы с векторным управлением/-!!.: Энергоатом-издат, 1987.-136 с.
- Руденко В. С., Сенько В. И., Чиженко И. М. Основы преобразовательной техники : Учебник для вузов по специальности «Промышленная электроника» 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1980 .-424 с
- Синчук О.Н., Шокарев Д. А., Скапа Е. И., Синчук И. О. Моделирование динамических режимов работы тягового асинхронного электропривода рудничного контактно-аккумуляторного электровоза //Электротехнические и компьютерные системы № 05(81), 2012 с. 56 61
- Слежановский О.В., Дацковский J1.X., Кузнецов И. С. и др. Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями-М.: Энергоатомиздат, 1983.-256с.
- Уильяме Б. Силовая электроника: приборы, применение, управление. // Справочное пособие. Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат. — 1993.
- Усольцев A.A. Векторное управление асинхронными двигателями. Учебное пособие. СПб.: СПбГИТМО (ТУ), 2002. — 43 с.
- Усольцев A.A. Частотное управление асинхронными двигателями: Учебное пособие. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2006. — 94 с.
- Уэйт М., Прата С., Мартин Д. Язык Си. Руководство для начинающих: пер. с англ. М.:Мир, 1988. 512 с.
- Харкевич A.A. Спектры и анализ. М. Из-во Либроком, 2009, 240 с.
- Худяков В. Моделирование устройств силовой электроники. Урок 1. Основные инструменты Simulink // Силовая электроника. 2005. № 1.
- Худяков В. Школа MATLAB. Урок 2. Библиотека SimPower System // Силовая электроника. 2005. № 2.
- Худяков В. Школа MATLAB. Урок 3. Построение SPS-моделей с полупроводниковыми элементами // Силовая электроника. 2005. № 3
- Худяков В. Школа MATLAB. Урок 4. Анализ динамических свойств устройств силовой электроники во временной области // Силовая электроника. 2005. № 4.
- Худяков В. Школа MATLAB. Урок 5. Моделирование устройств силовой электроники. Анализ устройств силовой электроники в частотной области // Силовая электроника. 2006. № 1.
- Чаплыгин Е.Е. Спектральное моделирование преобразователей с широтно-импульсной модуляцией., Учебное пособие. 2009. Интернет: сайт http://promel2000.narod.ru.
- Чаплыгин Е.Е. Двухфазная широтно-импульсная модуляция в трехфазных инверторах напряжения // Электричество, № 8, 2006, с. 5660.
- Чаплыгин Е.Е., Вилков А. Е., Хухтиков C.B. Широтно-импульсная модуляция с пассивной фазой в инверторах напряжения с дополнительным полумостом // Электричество, № 8, 2012, с. 36−43.
- Чаплыгин Е.Е., Калугин Н. Г., Рыбальченко И. Ю. Входные фильтры инверторов напряжения с несимметричной нагрузкой // Практическая силовая электроника, № 18, 2005, с. 28−32.
- Чаплыгин Е.Е., Малышев Д. В. Спектральные модели автономных инверторов напряжения с широтно-импульсной модуляцией // Электричество, № 8, 1999.
- Чаплыгин Е.Е., Нгуен Хоанг Ан Спектральные модели импульсных преобразователей с переменной частотой коммутации // Электричество, № 4, 2006.
- Чаплыгин Е.Е., Хухтиков C.B. Способ управления автономным инвертором напряжения с векторной ШИМ. // Практическая силовая электроника, вып. 39, 2010, с. 40−43.
- Чаплыгин Е.Е., Хухтиков C.B. Широтно-импульсная модуляция с пассивной фазой в трехфазных инверторах напряжения. // Электричество, № 5, 2011, с. 53−61
- Чубуков К.А. Исследование и разработка вариантов широтно-импульсной модуляции в трехфазных автономных инверторах с двигательной нагрузкой // Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук, Чебоксары, ЧТУ, 2010, 24 с.
- Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование приводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. УРО Екатеринбург, 2000, 654 с.
- Ahmet M. Hava, Russel J. Kerkman and Thomas A.Lipo. A High Performance Generalized Discontinuous PWM Algorithm. IEEE Trans Ind appl. 34(5), 1998, pp.1059−1071.
- Akin E., Ertan H.B., Uestug M.Y. Basic Control of Induction Motor Drives. -Modern Electrical Drives. Dordrecht, Boston, London: Kluwer Academic Publishers, 2000, pp. 493−522.
- An Easy Way of Creating a C-callable Assembly Function for the TMS320C28x DSP. Literature Numger: SPRA806. Texas Instruments Inc., 2001. 16 c.
- Bose B.K. Modern power electronics and AC drives. NJ: Prentice Hall, 2002.711 p.
- Bose B.K. Power electronics A technology Review. Proceedings of the IEEE, 1992, vol.80, no.8, pp. 1303 -1334.
- Bose B.K. Power Semiconductor Devices. Modern Electrical Drives. Dordrecht, Boston, London: Kluwer Academic Publishers, 2000, pp.239−270.
- Calculation of major IGBT operating parameters. Literature Numger: ANIP9931. Infineon technologies. 1999.
- Chattopadhyay S., Mitra M., Sengupta S. Area-based Approach for Three Phase Power Quality Assessment in Clarke Plane// J. Electrical Systems 4−1, 2008, s 60−76
- Clarke & Park. Transforms on the TMS320C2xx. Application Report. Literature Numger: BRPA048. Texas Instruments Inc., 1996.
- Dae-Woong Chung, Joohn-Sheok Kim and Seung-Ki. Sul. Unified voltage modulation technique for real-time three-phase power conversion. IEEE Trans.Ind. Applicat. 34(2)1998. pp. 374−380.
- Figoli Dave. A Software Modularity Strategy for Digital Control Systems. Application Report. Literature Numger: SPRA701. Texas Instruments Inc., 2001
- Fitzgerald A.E., Kingsley C., Umans S.D. Electric Machinery. McGraw Hill Professional, 2002. 704 p.
- Hahn J.H. Modified Sine-Wave Inverter Enhanced //Power Electronics Technology, August 2006, s 20−22
- Hava A., Kerkman R. J. and Lipo T. A. A High Performance Generalized Discontinuous PWM Algorthim. IEEE Trans. On Industry Applications, vol. 34, no. 5, 1998, pp. 1059−1071.
- Himamshu V. Prasad Analysis and Comparoson of Space Vector Modulation Schemes for Three-Leg and Four-Leg Voltage Source Inverters // Virginia Polytechnic Institute and State University, 1997.
- Holtz J. Pulsewidth modulation for electronic power conversion, Proc. IEEE, vol. 82, pp. 1194−1214, Aug. 1994.
- Holtz:J. Pulsewidth Modulation A Survey. IEEE Transactions on Industrial Electronics, pp. 410−420, Oct. 1992.88 http://ru.wikipedia.0rg/wiki/HcT0pHaBbiqHCJiHTejibH0HTexHHKH89 http://www.ti.com/
- IGBT and MOSFET power modules. Application Handbook. SEMIKRON International. 2010.
- Kolar J. W., Ertl H., and Zach F. C. Influence of the modulation method on the conduction and switching losses of a PWM converter system. IEEE Trans. Ind. Appl., No. 6, Nov./Dec. 1991, pp. 1063−1075.
- Malinowski M. Sensorless Control Strategies for Three-Phase PWM Rectifiers. Ph.D. Thesis, Warsaw, 2001.
- Motor Control Foundation Software. Product Bulletin. Literature Numger: SPRB165A. Texas Instruments Inc., 2005
- Narayanan G., Ranganathan V. T. Triangle comparison and space vector approaches to Pulse width modulation in inverter fed drives. J. Indian Inst. Sci. Vol. 80, 2000, pp. 409−427.
- Ogasawa S., Akagi H., and Nabae A. A Novel PWM Scheme of Voltage Source Inverter Based on Space Vector Theory. European Power Electronics Conference, Aachen, Germany, Oct. 1989, pp. 1197−1202.
- Ojo O., Kshirsagar P. The generalized discontinuous pwm modulation scheme for three-phase voltage source inverters. Trans, on Industrial Electronics, Vol. 51, No. 6, December 2004, pp. 1280−1289.
- Optimizing Digital Motor Control (DMC) Libraries. Application Report. Literature Numger: SPRAAK2. Texas Instruments Inc., 2007
- Sargos F. IGBT Power Electronics Teaching System. Principle for sizing power converters. Literature Numger: AN-8005. SEMIKRON International. 2008.
- Schonfeld R. Digitale Regelung elektrischer Antriebe-Berlin: Verl. Technik, 1987.-210 S.
- TMS320C28x CPU and Instruction Set Reference Guide. Literature Numger: SPRU430E. Texas Instruments Inc., 2001. 693 c.
- TMS320C28x Optimizing C/C++ Compiler User’s Guide. Preliminary. Literature Numger: SPRU514. Texas Instruments Inc., 1997. 351 c.
- TMS320F2809, TMS320F2808, TMS320F2806, TMS320F2802, TMS320F2801, TMS320C2802, TMS320C2801, TMS320F28016, TMS320F28015 Digital Signal Processors. Data Manual. Literature Numger: SPRS230N Texas Instruments Inc., 2003. 147 c. :
- Trzynadlowski A. M. and Legowski S. .Minimum-loss vector PWM strategy for three-phase inverters. IEEE Trans. Power Electron., Vol. 9, No. 1, Jan. 1994, pp. 26−34.
- Trzynadlowski A.M., Kirlin R.L., Legowski S.F. Space vector PWM technique with minimum switching losses and a variable pulse rate, IEEE Transactions on Industrioal Electronics, vol. 44, no. 2, pp. 173−181, 1997
- Van Der Broeck H. Analysis and Realization of a Pulse Width Modulator based on Voltage Space Vectors// IEEE Industry Applications Society Proceedings, pp. 244−251, 1986
- Van Der Broeck H., Skudelny H. and Stanke G. Analysis and Realization of a Pulse Width Modulator Based on Voltage Space Vectors. IEEE Trans, on Industry Applications, Vol. IA-24,No. 1, January 1988, pp. 142−150.
- Wintrich A., Nicolai U., Tursky W., Reimann T. Application Notes for IGBT and MOSFET modules. SEMIKRON International. 2010.
- Zhou K., Wang D. Relationship between Space Vector Modulation and three-Phase Carrier-Based PWM: A Comprehensive Analysis. IEEE Trans, on Industrial Electronics, vol. 49, no. 1, February 2002, pp. 186−196.
- Рисунок 1.1.1 Трехфазный мостовой инвертор.11
- Рисунок 1.1.2 Спектры выходного напряжения инвертора.11
- Рисунок 1.1.3 Структурная схема системы управления инвертором.17
- Рисунок 1.2.1 Модель ШИМ с трапецеидальным законом управления.19
- Рисунок 1.2.2 Модель Subsystem pwm.20
- Рисунок 1.2.3 Трапецеидальная форма управляющего сигнала.20
- Рисунок 1.2.4 Коэффициент гармоник выходного напряжения (а), отношение амплитуды основной гармоники к напряжению источника питания (б) в зависимости от і|/.21
- Рисунок 1.3.1 Разложение пространственного вектора тока на ортогональные составляющие.24
- Рисунок 1.3.2 Сигнал развертки по срезу.26
- Рисунок 1.3.3 Базисный вектор в а/? плоскости.26
- Рисунок 1.3.4 Эталонные сигналы, полученные с помощью преобразования Кларка.27
- Рисунок 1.3.5 Опорные напряжения.27
- Рисунок 1.3.6 Времена реализации базисных векторов.28
- Рисунок 1.3.7 Управляющие сигналы для ШИМ с непрерывным управляющим сигналом.29
- Рисунок 1.3.8 Сигнал предмодуляции для ШИМ с непрерывным управляющим сигналом.29
- Рисунок 1.3.9 Управляющие сигналы, полученные с помощью сигнала предмодуляции.30
- Рисунок 1.3.10 Спектр сигнала предмодуляции.31
- Рисунок 1.3.11 Кривые фазных напряжений инвертора.31
- Рисунок 1.3.12 Спектр фазного напряжения.32
- Рисунок 1.3.13 Сигнал двухсторонней, однополярной развертки.33
- Рисунок 1.3.14 Управляющие сигналы для ШИМ с пассивной фазой.35
- Рисунок 1.3.15 Сигналы с выхода модулятора.35
- Рисунок 1.3.16 Кривые напряжений инвертора для фазы ВиС.36
- Рисунок 1.4.1 Кривые эталонных управляющих сигналов (а). Кривая фазного выходного напряжения (б). Спектр выходного напряжения (в).40
- Рисунок 1.4.2 Кривая эталонного сигнала и сигнала предмодуляции (а). Кривая управляющего сигнала (б). Кривая фазного выходного напряжения (в).46
- Рисунок 1.4.3 Спектр выходного напряжения.46
- Рисунок 1.5.1 Структурная схема модулятора модели.51
- Рисунок 1.5.2 Управляющие сигналы а) «Классическая ШИМ», б) ШИМ с пассивной фазой.52
- Рисунок 1.5.3 Сигнал предмодуляции и эталонный сигнал.54
- Рисунок 1.5.4 Управляющие фазные сигналы на входе модулятора.55
- Рисунок 1.5.5 Выходные сигналы ШИМ-модуляторов.56
- Рисунок 1.5.6 Фазное напряжение на выходе инвертора.57
- Рисунок 1.5.7 Спектр напряжения фазы А.57
- Рисунок 1.5.8 Спектр напряжения фазы В.58
- Рисунок 1.5.9 Спектр напряжения фазы С.58
- Рисунок 1.5.10 Ток через полупроводниковый ключ фазы А.59
- Рисунок 1.5.11 Потребляемый инвертором ток.60
- Рисунок 2.1.1 Спектр выходного напряжения для Вар. О (а). Спектрвыходного напряжения для «Классической» ШИМ (б). Спектр сигнала предмодуляции (в).64
- Рисунок 2.2.1 Кривая управляющего сигнала для фазы, А (а). Кривая сигнала предмодуляции (б). Спектр выходного напряжения для Вар.1 (в).68
- Рисунок 2.3.1 Кривая сигнала предмодуляции.72
- Рисунок 2.3.2 Кривая управляющих сигналов для фаз А, В, С.(а). Спектр выходного напряжения для Вар 2а. (б).73
- Рисунок 2.4.1 Кривая сигнала предмодуляции.76
- Рисунок 2.4.2 Кривая управляющих сигналов для фаз А, В, С.(а). Спектр выходного напряжения для Вар. 2 (б).77
- Рисунок 2.5.1 Кривая сигнала предмодуляции.79
- Рисунок 2.5.2 Кривая управляющих сигналов для фаз А, В, С.(а). Спектр выходного напряжения для Вар. 3 (в).80
- Рисунок 2.6.1 Кривая сигнала предмодуляции.82
- Рисунок 2.6.2 Кривая управляющих сигналов для фаз А, В, С.(а). Спектр выходного напряжения для Вар. 4 (б).83
- Рисунок 3.1.1 «Три однофазных моста».96
- Рисунок 3.1.2 Трехфазный инвертор с дополнительным полумостом.97
- Рисунок 3.3.1 Кривая усредненных составляющих фазного выходного напряжения и напряжения предмодуляции для фазы, А (а). Спектр выходного напряжения для Вар. О (б). Кривая фазного выходного напряжения (в).103
- Рисунок 3.3.2 Кривая фазных выходных токов и тока в нулевом проводе (а). Ток через ключ VI (б).104
- Рисунок 3.4.1 Кривая усредненных составляющих фазного напряжения и напряжения предмодуляции для фазы, А (а). Спектр выходного напряжения для вар.1 (б).120
- Рисунок 3.4.2 Кривая фазного выходного напряжения (а). Кривая фазныхвыходных токов и тока в нулевом проводе (б). Ток через ключ VI (в).120 ^
- Рисунок 4.2.1 Разомкнутая система управления.148
- Рисунок 4.2.2 Обратное преобразование Парка-Горева.149
- Рисунок 4.3.1 Линейные напряжения инвертора.153
- Рисунок 4.3.2 Линейное напряжение на интервале я/З.153
- Рисунок 4.3.3 Функциональная схема.154
- Рисунок 4.3.4 Фазное выходное напряжение инвертора (а), спектр выходного напряжения (б).156
- Рисунок 4.3.5 Структурная схема программной реализации СУ.158
- Рисунок 4.4.1 Функциональная схема универсальной системы управления 161
- Рисунок 4.4.2 Блок-схема программы иницилизации.163
- Рисунок 4.4.3 Блок-схема программы прерывания.1641. Перечень таблиц