2020-04-07
93
Стабилизация сбалансированного режима преобразователя частоты в условиях возмущений со стороны двигателя и сети обеспечивается путем автоматической коррекции длительности избыточных состояний ключей, влияющей на баланс напряжений. Оценка текущих значений контролируемых величин осуществляется с помощью наблюдателя напряжений, алгоритм работы которого основан на уравнениях равновесия напряжений и токов преобразователя частоты, таблице возможных состояний ключей и динамических уравнениях асинхронного двигателя [2-5].
В реальных условиях работы преобразователя балансировка напряжений на конденсаторах может нарушаться вследствие разброса параметров элементов, асимметрии процессов заряда/разряда конденсаторов, возмущений со стороны нагрузки и звена постоянного тока, которые вызывают переходные процессы в ПЧ. При наличии избыточных состояний ключей процесс балансировки считается устойчивым.
Динамические свойства ПЧ определялись по осциллограммам реакций 
и 
на ступенчатое изменение напряжения 
для случаев DC-модуляции однофазного инвертора и АС-модуляции 3-х фазного инвертора. В режиме АС-модуляции дополнительно
|
|
|
определялся спектр тока нагрузки на конечном интервале наблюдения процесса. О динамике процессов можно судить по осциллограммам заряда конденсаторов С/ и С2 до номинальных значений 
=2880В, 
=5760 В при =8640 В, 
=600 Гц, m=0,2, R=4,2 Ом, L=6,4 мГн. Оценки коэффициента затухания 
=8,13 1/с и собственной частоты 
=34,7 рад/с по измеренному периоду колебаний и декременту затухания практически совпали с корнями характеристического полинома системы дифференциальных уравнений цепи переменной структуры, состояние которой в зависимости от комбинаций ключей определяет число конденсаторов, подключенных к нагрузке.
В случае АС-модуляции установлено, что переходной процесс может иметь как осциллирующий, так и апериодический характер в зависимости от значения коэффициента модуляции т. Анализ спектрограмм оконного преобразования Фурье показывает, что, если в сбалансированном режиме первая группа высших гармоник выходного напряжения и тока об-разуется вокруг частот Зm f, 6m f, то при появлении небаланса возникают группы гармоник вокруг частот m f и 2m f. Для перехода в сбалансированное состояние эти гармоники должны быть поглощены нагрузкой. Поэтому свойства процесса балансировки зависят как от параметров ШИМ, так и от параметров нагрузки.
Обработка осциллограмм для коэффициентов модуляции m=0,3-1 показала, что с ростом коэффициента т время переходного процесса снижается. Увеличение постоянной времени нагрузки и рост частоты ШИМ с одной стороны приводит к улучшению параметров электромагнитной совместимости инвертора и двигателя, а с другой к увеличению длительности переходного процесса балансировки.
|
|
|
В работе показано, что включение последовательного RLC - фильтра (L=60 Ом, L=30 мГн, С=2,35 мкФ, 
= =600 Гц) параллельно нагрузке позволяет снизить инерционность процесса за счет быстрого выделения энергии небаланса в R-элементе фильтра. Однако фильтрация высших гармоник увеличивает токовую нагрузку на ключи, вызывает дополнительные потери, снижает надежность и увеличивает общую стоимость устройства. Эти недостатки устраняются с помощью предложенной схемы стабилизации напряжений, работа которой основана на коррекции длительности зарядно-разрядных процессов в конденсаторах 
и 
, ответственных за баланс напряжений 
(t) и 
(t).Для реализации этой схемы, вместо одного модулирующего сигнала каждой фазы используются три индивидуальных модулирующих сигнала для каждой из трех ячеек фазы (рисунок 1) с возможностью изменения в незначительных пределах их амплитуд. На основе анализа чувствительности небаланса напряжений к приращениям амплитуд индивидуальных модулирующих сигналов и рассмотрения процессов формирования импульсов управления ключами предложена схема поддержания требуемого распределения напряжений, которая включает два контура регулирования с пропорциональными регуляторами, учитывающими знаки воздействий. При отклонении напряжений и от номинальных значений 
и 
сигналы рассогласования изменяют амплитуды модулирующих сигналов ячеек 1 и 3, соответственно. Коэффициент модуляции ячейки 2 при этом остается неизменным. Работоспособность алгоритма стабилизации баланса напряжений иллюстрируется осциллограммами, показанны.
