CC BY
523
УДК 620.9
Б. Р. Хусаинов, В. В. Сагадеев
РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ВЕКТОРНОЙ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИИ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ ИНВЕРТОРОМ
Ключевые слова: трехфазный инвертор, векторная широтно-импульсная модуляция, преобразование Кларка.
Разработан алгоритм управления трехфазным инвертором на основе векторной широтно-импульсной модуляции. Программная реализация алгоритма выполнена в интегрированной среде Matlab/Simulink.
Keywords: three-phase inverter, space vector pulse-width modulation, Clarke transformation.
Space vector pulse-width modulation algorithm for three-phase inverter control was designed. Software implementation of the algorithm was performed in Matlab/Simulink integrated environment.
Трехфазные инверторы широко используются в различных областях современной промышленности. Наиболее популярным применением трехфазных преобразователей являются питание асинхронных машин и интеграция возобновляемых источников энергии [1]. Последние достижения в области микроэлектроники, в частности улучшение характеристик микроконтроллеров и транзисторов, сделали возможным применение векторного контроля для управления трехфазными инверторами. Это позволяет увеличить выходное напряжение инвертора на 13.5%, а так же повышает надежность работы системы. Целью данной работы является разработка алгоритма управления трехфазным инвертором методом векторной широтно-импульсной модуляции (ШИМ).
ШИМ-инвертор, вне зависимости от конкретного типа модуляции, основан на использовании трехфазного моста, питаемого источником постоянного напряжения. Алгоритм ШИМ генерирует шесть сигналов управления транзисторами трехфазного моста с учетом опорного сигнала. В отличие от остальных методов ШИМ алгоритм векторной ШИМ рассматривает инвертор к единый блок, который имеет 8 дискретных состояний, 6 из которых -ненулевые. Переключаясь между этими состояниями, инвертор генерирует ток необходимой амплитуды. Работа алгоритма векторной ШИМ включает в себя следующие этапы [2]:
1. Выполнение преобразования Кларка.
2. Определение параметров пространственного вектора.
3. Расчет номера сектора (1-6).
4. Расчет времени активации каждого вектора.
5. Расчет времени включения транзисторов.
6. Генерация сигнала ШИМ.
Преобразование Кларка позволяет представить три вектора тока ^ и имеющих постоянное смещение 120°, в виде одного пространственного вектора, включающего реальную и мнимую компоненты (1(1 и ¡ч):
И-е t fi
(1)
Е Е
После выполнения преобразования Кларка дальнейшие операции сводятся к работе с пространственным вектором [3]. Угол вектора определяет
номер сектора, к которому этот вектор принадлежит в данный момент времени. Каждый сектор составляет 60°, соответственно на системе координат может быть выделено 6 секторов, разграниченных дискретными пространственными векторами. Следующим этапом является определение положение вектора внутри сектора с целью расчета времени активации двух смежных дискретных векторов. Время активации зависит не только от направления вектора, но и от его амплитуды. Таким образом, выходное напряжение инвертора может быть настроено путем внедрения нулевого состояния. На завершающем этапе происходит расчет времени включения транзисторов трехфазного моста и генерация сигнала ШИМ. Сигнал ШИМ генерируется путем сравнения модулируемого сигнала с сигналом несущей частоты. Частота сигнала несущей частоты определяет качество тока, производимого инвертором: высокая частота обеспечивает гладкий синусоидальный ток на выходе.
Описанный алгоритм был программно реализован и протестирован в среде Matlab/Simulink (рис. 1). Контроллер векторной ШИМ принимает
ŒH
опорный сигнал
ось d
f(H)
ocbq
0 0001
период квантования
d_axis N
q_ax¡s
номер сектора
Т
d_ax¡s q_ax¡s N
Т2
г If ЦЛ --*Т2 I
Un_
время активации векторов
время переключения транзисторов
Tel
Тс2 pulse
ТсЗ
-MUD
импульсы
генерация 1
Рис. 1 - Разработанный алгоритм в среде Ма1-1аЬ/81шиИпк
опорный сигнал в качестве входного параметра, выполняет необходимые преобразования и генерирует
сигнал ШИМ, который управляет транзисторами трехфазного моста.
Таким образом, разработанный алгоритм позволяет повысить эффективность и надежность работы трехфазных инверторов различного назначения, включая инверторы питания электромашин и инверторы интеграции возобновляемых источников энергии.
Литература
1. Гарипов М.Г. Ветроэнергетика // Вестник Казан. Тех-нол. Ун-та. - 2013. Т. 16 №2 - С. 64-66.
2. Rathnakumar D., Lakshmanaperumal J., Srinivasan T. A new software implementation of space vector PWM // SoutheastCon. 2005.- 131-136 pages.
3. Ганиев Р.Н. Электропривод экструдера на основе системы векторного управления асинхронным двигателем // Вестник Казан. Технол. Ун-та. - 2013. №12 - С. 263-266.
© Б. Р. Хусаинов - студ. Ньюкаслского ун-та, bulat_khusainov@mail.ru; В. В. Сагадеев - канд. техн. наук, доц. каф. инженерной компьютерной графики и автоматизированного проектирования КНИТУ.
