Н.В. Клиначев

Моделирование трехфазного автономного инвертора напряжения с векторной системой управления и силовым мостом на транзисторах

Рабочие файлы: [Код программы ЦСУ]

Автономный инвертор (АИ) – это преобразователь постоянного тока в переменный (DC/AC-преобразователь), работающий на сеть, в которой нет других источников электроэнергии. Ниже по тексту и в связанных документах представлены модели и пошаговая методика создания программы цифровой системы управления для автономного инвертора напряжения (АИН) на биполярных транзисторах с затвором (IGBT). Паспортные данные инвертора приведены в таблице 1.

Паспортные данные АИН                     Таблица 1
+-------------------------------------------------+
|  660 [В]   - номинальное напряжение АКБ
|  60  [кВт] - номинальная мощность АИН
|  3   [шт]  - количество фаз
|  220 [В]   - номинальное напряжение фазы
|  2   [кГц] - частота переключений стоек моста
+-------------------------------------------------+

Рассматриваемая цифровая система управления АИН, за исключением не меняющей её сути модификации – это векторная система, которая используется для контроля координат электродвигателей переменного тока. Нагрузка такого инвертора должна быть симметричной, но её характер может быть любым. Подчиненный контур регулирования тока обеспечивает защиту от короткого замыкания и токовой перегрузки. Поскольку система управления ортогональная, предел токовой отсечки зависит от коэффициента мощности нагрузки и достигает максимального значения $1.4 I_m$ при $\cos φ = 0.707$. При наличии задатчика параметров частоты, фазы и амплитуды сетевого напряжения, векторная система управления способна работать в следящем режиме.

Выбор параметров LC-фильтра инвертора осуществляется в следующем порядке. С одной стороны, номинал ёмкости следует выбрать как можно большим (индуктор дороже и тяжелее). Но, с другой стороны, ёмкость фильтра определит ток холостого хода стоек силового моста. Компромиссный вариант – треть номинального тока. Задавшись значением тока – определяют номинал ёмкости. На втором этапе выбирают частоту переключений стоек моста. Хорошо, если она высокая (индуктор будет легче), но изготовитель силовых биполярных транзисторов с затвором указывает величину динамических потерь при переключениях. Выбрав частоту ШИМ-а, приступают к выбору номинала индуктивности фильтра, который должен быть минимально возможным. Чем меньшую энергию будет накапливать индуктор, тем меньше будет амплитуда перенапряжений вызванных отключением мощной нагрузки. Противовесным фактором является амплитуда высокочастотных гармоник в спектре выходного напряжения, которую LC-фильтр и должен снизить до значения указанного в требованиях к качеству электроэнергии. Не следует забывать, что активное сопротивление провода индуктора определяет его электромагнитную постоянную времени $T_a = L / R$, которая, в первом приближении, должна быть такой же, как у электрических двигателей соответствующей мощности (у последних, можно позаимствовать не только систему управления, но и статор).

Линейная непрерывная динамическая модель
трехфазного АИН с векторной системой управления

Импульсная динамическая модель трехфазного автономного инвертора напряжения

...

Дискретно-импульсная модель АИН,
включающая ШИМ-драйвер и силовой мост

Режим работы трехфазного АИН (с векторной
системой управления) на нагрузку потребляющую
ток через диодный мост с ёмкостным фильтром

20.11.2014