"PWM" gerilim tipi PWM doğrultucu yeni faz genlik kontrolü
Bir omuz sırt çantası
Bu ne kadar zor?
Bir şans ver!
_
Uzun basın tanıma
Özet: Kontrol prensibinin analizine dayanarak, şebeke tarafı giriş akımının faz genliği kontrolünü kontrol etmek için giriş değişkeni olarak redresör giriş ön-uç gerilim gecikme açısını kullanmanın yeni bir metodu önerilmiştir ve bu, geleneksel faz genliği kontrol metodu problemlerini çözmektedir. Üç fazlı bir statik koordinat sistemine ve iki fazlı bir döner koordinat sistemine dayalı doğrultucunun matematiksel bir modeli oluşturulmuş ve bu yeni kontrol yönteminin etkinliği doğrulanmıştır.
Gerilim tipi PWM redresörleri, gittikçe olgunlaşan kontrol teknolojileri ile statik reaktif güç kompanzasyonu, aktif güç filtreleme, süper iletken enerji depolama, elektrik iletimi ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Son yıllarda, kontrol teknolojisi "dolaylı akım kontrolü" ve "doğru akım kontrolü" olmak üzere iki ana yönde derinlemesine gelişme kaydetmiştir. Doğru akım kontrol stratejisi, hızlı akım tepkisi ve sağlamlığı nedeniyle çok dikkat çekmiştir Sabit girdi için çeşitli kontrol şemaları geliştirilmiştir. AC giriş voltajı belirli bir kurala göre değiştiğinde, devre parametrelerindeki değişiklikler gibi faktörler doğrudan kontrol şemasının uygulanmasını etkiler. Geleneksel faz genliği akım kontrolüne dayanan bu makale, şebeke tarafı akımının yavaş dinamik tepkisi için geliştirilmiş bir faz genliği kontrol yöntemi önermektedir ve sistem parametre değişikliklerine duyarlıdır.Doğrultucu giriş ön uç voltaj gecikme açısı, kontrol edilecek giriş değişkeni olarak kullanılır Şebeke tarafında giriş akımı. Simülasyon ve simülasyon deneyleri ile kontrol yönteminin etkinliği doğrulanır ve geleneksel faz genlik kontrolünde var olan sorunlar iyi çözülür.
1 Üç fazlı gerilim tipi PWM doğrultucu modelleme
1.1 Üç fazlı sabit koordinat sistemine dayalı matematiksel model
Üç fazlı voltaj tipi PWM doğrultucunun topolojisi Şekil 1'de gösterilmektedir. Şebeke tarafındaki giriş voltajının üç fazlı simetrik bir sinüs dalgası voltajı olduğu varsayıldığında, giriş endüktansı doğrusal olarak doymamış ve şebeke tarafındaki giriş güç kaynağı orta nokta voltajı U0N, La = Lb = Lc olsun = Le, Ra = Rb = Rc = Re, saf direnç yükünü düşünün ve indüktör akımını durum değişkeni olarak alın.Temel dalga bileşeni için, şunlar vardır:
DC tarafı kapasitörünün hayali orta noktasını referans toprak olarak alarak, şebeke tarafı giriş gücünün orta nokta gerilimi U0N, denklem (1) ve (2) 'den türetilebilir:
Açıklamak için tek kutuplu ikili mantık anahtarı işlevini Sj (j = a, b, c) kullanın, yani:
Ana devre yapısına ve DC tarafı voltajı ile redresör ızgara tarafı giriş voltajı arasındaki ilişkiye göre, üç fazlı güç kaynağının merkezi nokta voltajı U0N şu şekilde elde edilebilir:
Devredeki P ve N noktalarındaki çıkış gerilimlerini durum değişkeni olarak alırsak;
(1), (5) ve (6) formüllerini birleştirerek, üç fazlı statik abc koordinat sistemindeki voltaj tipi PWM doğrultucunun matematiksel modeli elde edilebilir:
Denklem (7), açık ve sezgisel fiziksel anlam özelliklerine sahip olan, ancak redresörün AC tarafı zamanla değişen, kontrol sisteminin tasarımına elverişli olmayan üç fazlı voltaj tipi PWM redresörünün genel matematiksel modelidir. Bu nedenle, üç fazlı statik abc koordinat sistemini, koordinat dönüşümü yoluyla giriş AC voltajının temel frekansında eşzamanlı olarak dönen bir dq koordinat sistemine dönüştürmek ve kontrol sistemi tasarımını basitleştirmek için ilkindeki sinüs miktarını ikincideki DC miktarına dönüştürmek gerekir. .
1.2 İki fazlı dönen koordinat sistemine dayalı matematiksel model
Koordinat dönüşümü yoluyla, üç fazlı statik abc koordinat sistemi, d ekseninin üç fazlı voltaj sentez vektör yönüyle çakıştığı ve giriş voltajı açısal frekansı 'da saat yönünün tersine senkronize olarak döndüğü ve q ekseni d eksenini 90 ° yönlendirdiği iki fazlı bir dq koordinat sistemine dönüştürülür. . Eşit dönüşüm ilkesinin ardından, aşağıdaki dönüşüm matrisi ile tanımlanabilir:
Böylece, iki fazlı dönen dq koordinat sistemindeki üç fazlı PWM doğrultucunun matematiksel modeli elde edilir:
Formülde, Sd ve Sq iki fazlı dönen dq koordinat sistemi anahtarlama işlevleridir. Koordinat dönüşümü yoluyla, üç fazlı voltaj tipi PWM doğrultucunun matematiksel modeli basitleştirilir.
2 PWM doğrultucu faz genlik kontrolü
2. Geleneksel bir PWM doğrultucu faz genliği kontrol analizi
Doğrultucu topolojisi Şekil 1'de gösterilmiştir. Bir birim güç faktörü gerilimi üç fazlı PWM doğrultucu için, çıkış kapasitörünün orta noktasının AC giriş geriliminin orta noktasına eşit olduğu ve bu orta noktadaki gerilim dalga biçiminin doğrultucunun giriş tarafındaki ve anahtarlama elemanı tetikleyicisine eşit olduğu varsayılır. Dalga biçimi tutarlıdır ve ura'nın temel bileşeninin fazı ve genliği, anahtarlama elemanının tetikleme sinyalinin fazı ve modülasyon oranı değiştirilerek ayarlanabilir. Endüktans ve direnci göz ardı ederek, tek fazlı eşdeğer devre Şekil 2'de gösterilmektedir ve Şekil 3, karşılık gelen güç faktörü 1 ve -1 olduğunda vektör diyagramıdır. Giriş güç voltajı, köprü kolunun orta nokta voltajı, yani redresörün ön uç voltajının temel bileşeni, güçlendirme indüktöründeki voltaj, giriş akımının temel bileşeni ve , ura'nın (temel bileşen) ua'nın gerisinde kaldığı elektrik açısıdır.
Şekil 2'ye bakın. Geleneksel faz genliği kontrol algoritmasında,
Temel bileşen için,
Modülasyon derecesi M olduğunda, PWM doğrultucunun ön ucundaki giriş voltajının temel bileşeni:
Geleneksel faz genliği kontrolünde, kontrol yöntemi, DC tarafı çıkış voltajının belirli değerinin hata sinyalini ve gerçek çıkış voltajının geri besleme değerini faz akımı kontrol sinyali olarak veya indüktör La boyunca voltaj kontrol sinyali olarak kullanmaktır. PWM'nin modülasyon derecesi M ve kontrol açısını ayarlayarak ve indüktör La üzerindeki voltajın fazını kontrol ederek, giriş akımının temel dalga bileşeninin fazı, güç kaynağı voltajının aynı fazı veya zıt fazı olabilir.
Ura ve genellikle aşağıdaki formülle hesaplanır:
2.2 Geliştirilmiş PWM doğrultucu faz genliği kontrol prensibi
Açısal frekans veya genlik değiştiğinde, formül (14) 'ün hesaplama miktarı nispeten büyüktür ve sistem devre parametrelerinden büyük ölçüde etkilenir ve gerçek zamanlı kontrolü gerçekleştirmek zordur.
Küçük bir aralıkta değiştiğinde, denklem (14) yaklaşık olarak şu şekilde basitleştirilebilir:
Denklemlere (13) ve (15) göre, açısını doğrudan kontrol etmek, ile faz ilişkisini ayarlayabilir.
DC tarafındaki çıkış voltajının kapalı döngü kontrol modu benimsenir, değeri doğrudan PI regülatörü tarafından verilir ve değeri (- / 4 ile sınırlandırılır) < < / 4), hesaplama miktarını büyük ölçüde azaltabilir ve gerçek zamanlı kontrolü gerçekleştirmesi kolaydır. Sistemin kapalı döngü kontrol yapısı diyagramı Şekil 4'te gösterilmektedir. Çıkış DC voltajının verilen referans değeri ile gerçek geri besleme değeri arasındaki hata, delta değer kontrolü PWM darbe üreteci olarak PI regülatörü tarafından ayarlanır. değeri aşağıdaki formülle hesaplanabilir:
Formülde, voltage voltaj geri besleme katsayısıdır ve kPI, regülatör transfer katsayısıdır. PWM doğrultucu kontrol sürecinde, modülasyon derecesi önemli bir kontrol faktörüdür. Formül (12) 'ye göre:
Güç kontrol ilişkisine ve Şekil 3'e göre, modülasyon derecesi M ve arasındaki ilişki türetilebilir:
Denklem (20), redresörün taşıma kapasitesinin endüktans La ve modülasyon derecesi M ile ilişkili olduğunu göstermektedir.
Sistem ayarlama işlemi: yük arttığında (RL azaldığında), doğrultucu giriş akımı artar, Udc azalır, hata (Uref-Udc) artar, kontrol açısı artar, akım Ia artar, kondansatör C yüklenir ve voltaj Udc Yükselen sistem, yeni bir denge çalışma noktasına girer; tersine, yük azaldığında (RL arttığında), benzer bir ayarlama süreci vardır.
Yukarıdaki analize dayalı olarak, gelişmiş bir faz ve genlik kontrol yöntemi benimsenir.Modülasyon derecesi M ve arasındaki ilişkiye göre, AC giriş voltajı açısal frekansı veya genlik nasıl değişirse değişsin, DC çıkış voltajının ayar değeri, PI kontrolörü tarafından doğrudan ayarlanabilir. Gerçek çıkış gerilimi geri besleme değerinden gelen hata verilir ve değeri verilir ve PWM darbesi, giriş akımını ve güç faktörünü kontrol etme amacına ulaşmak için doğrultucuyu kontrol etmek için gerçek zamanlı olarak üretilir.
3 Deneysel sonuçlar
Yukarıda bahsedilen geliştirilmiş faz ve genlik kontrol yöntemi için, bir analog deney gerçekleştirmek için bir dijital ve analog hibrit kontrol devresi kullanılır. PI denetleyicisi bir gerilim dış döngüsü ve bir akım iç döngüsünden oluşur Güç ünitesi Mitsubishi PM15CSJ060 IPM kullanır. Sistem parametreleri: giriş endüktansı Le = 8.5mH, DC tarafı kapasitansı C = 1000F, şebeke tarafı giriş voltajı (etkin değer) 10 70V, güç frekansı f = 20 50Hz. Ölçülen deneysel dalga formları Şekil 5-9'da gösterilmektedir, Şekil 5 giriş voltajı dalga formunu yönlendiren giriş akımı fazıdır; Şekil 6, giriş voltajı dalga formunu geride bırakan giriş akımı fazıdır; Şekil 7, giriş voltajı frekansı 50Hz ve genlik 20V olduğunda çıkış voltajıdır. (Üst) ve a-fazlı dalga formu; Şekil 8, giriş voltajı frekansı 50Hz ve genlik 40V olduğunda çıkış voltajı (üst) ve a fazlı dalga formudur; Şekil 9, giriş voltajı frekansı 25Hz ve genlik 20V olduğunda çıkış voltajıdır (üst) ) Ve bir fazlı dalga formu. Ölçülen dalga formundan, giriş güç kaynağı voltaj frekansı ve genlik değişikliklerinin sistemin kararlılığını etkilemediği görülebilir.
Modülasyon derecesi M'nin ve kontrol açısının control kontrolü yoluyla, giriş akımı ile şebeke tarafı giriş voltajı arasındaki faz ilişkisi, güç faktörünü ayarlama amacına ulaşmak için keyfi olarak ayarlanabilir. Sistem yüksek kararlılığa, basit kontrol algoritmasına ve gerçekleştirmesi kolay dijital kontrole sahiptir.
