CC BY
17
УДК 621.314.57 ББК 31.273
Г.И. КОРОБКО, МП. ШИЛОВ, ИГ. КОРОБКО
РАЗРАБОТКА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ ДЛЯ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРА С ИЗМЕНЯЕМОЙ ЧАСТОТОЙ ВРАЩЕНИЯ И ИХ СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ
Ключевые слова: дизель-генератор, преобразователь частоты, широтно-импульсная модуляция, автономный инвертор напряжения, система управления автономным инвертором напряжения, система стабилизации напряжения.
В статье рассмотрена функциональная схема системы управления и преобразователя частоты для дизель-генераторного агрегата с изменяемой частотой вращения. Представлены и описаны основные устройства разработанной схемы. Цель работы заключается в создании модели управления автономным инвертором напряжения (АИН) и силовой модели дизель-генератора с преобразователем частоты, что позволит в дальнейшем проводить исследования и анализ работы электроэнергетической системы с входящим в нее дизель-генератором изменяемой частоты вращения. Представлены описания различных вариантов управления АИН по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Рассмотрен классический метод ШИМ, в котором определены сопутствующие достоинства и недостатки. Описан метод ШИМ с предмодуляцией третьей гармоникой. Для данного метода представлена модель системы управления преобразователем частоты, разработанная в программе МайаЬ/ВтиНпк, где определены основные преимущества перед классическим методом. Представлен модифицированный метод ШИМ с синусоидальной трапецией. Особенность данного метода заключается в отсутствии седлообразной формы управляющего сигнала, что характерно для ШИМ с предмодуляцией третьей гармоникой. Основными управляющими элементами приведенных методов ШИМ являются: блок формирования задающего сигнала (БФЗС) и модулятор длительности импульсов. Задача БФЗС заключается в формировании управляющих сигналов. Разработана силовая модель дизель-генератора с преобразователем частоты и системой управления АИН. На основе модели проведено имитационное моделирование и проанализированы два метода ШИМ с учетом основных критериев, которые позволяют оценить качество ШИМ для АИН с активно-индуктивной нагрузкой. Представлены осциллограммы разомкнутой и замкнутой системы стабилизации напряжения для двух методов ШИМ, оценивающие переходные процессы при включении нагрузки. Проведено сравнение полученных результатов, которые демонстрируют высокое быстродействие системы стабилизации напряжения и допустимые динамические отклонения. Для оценки линейного выходного напряжения при помощи блока Ром>ег^ш проанализировано влияние выбора формы управляющего сигнала. Представлены результаты гармонического состава, по которым были оценены величины высших гармоник и коэффициенты нелинейных искажений.
Введение. Преобразователи частоты (ПЧ) находят свое применение во многих сферах электротехники и электроэнергетики. ПЧ включают в себя силовые преобразователи электрической энергии, а также регуляторы амплитуды и частоты выходного напряжения. Общим признаком силовых преобразователей напряжения является наличие в них силовых электронных ключей для коммутации электрических цепей при поступлении сигналов от системы управления. Совершенствование систем управления стимулирует широкое использование законов
управления инверторами напряжения, которые основаны на использовании ши-ротно-импульсной модуляции. Характерной особенностью АИН является возможность не только широкого управления напряжением и частотой, но и получения формы выходного тока, близкой к синусоидальной [5]. Наряду с этим качество преобразования электрической энергии в данных преобразователях по большей части зависит от метода реализации ШИМ. Вследствие этого возникает необходимость проведения анализа ШИМ.
Анализ и разработка систем управления преобразователя частоты для дизель-генератора с изменяемой частотой вращения в составе судовой электроэнергетической станции. На рис. 1 изображена функциональная схема преобразователя частоты с системой управления и нагрузкой.
д-г
пч
ВЫПРЯМИТЕЛЬ
1-С-ФИЛЬТР
из из -► БФЗС иуа ^ иуЬ МДИ »
(3» иус —>
—►
ИНВЕРТОР
и ¡л
11с1
иы
СИНУСНЫМ ФИЛЬТР
11а .
иь
ис
НАГРУЗКА
Рис. 1. Функциональная схема преобразователя частоты с системой управления и нагрузкой
Дизель-генератор с изменяемой частотой вращения (Д-Г) осуществляет питание ПЧ. Характерная особенность ПЧ заключается в способности работать при уменьшении частоты питающего напряжения на 25% от номинального значения. ПЧ выполнен по схеме с промежуточным звеном постоянного тока, основными элементами которого являются неуправляемый выпрямитель, сглаживающий ЬС-фильтр и инвертор напряжения с использованием широтно-импульсной модуляцией. В системе управления инвертором используется блок формирования задающего сигнала (БФЗС), на вход которого поступают сигналы задания амплитуды напряжения - из и частоты - /з, изменяющиеся в диапазоне (0.9-1.1). БФЗС, получив на вход единичное значение задающего сигнала, формирует на своих выходах трехфазную систему управляющих сигналов Цуа, иуЬ, иус, форма которых соответствует одному из законов управления широт-но-импульсной модуляции. С выходов БФЗС сигналы поступают на модулятор длительности импульсов (МДИ). МДИ преобразует сигналы иуа, иуЬ, иус в импульсы управления силовыми ключами - g, которые поступают на управляющий вход инвертора. Его выходное напряжение иа1, иЬ1, ис1 поступает на синусный фильтр, позволяющий сглаживать выходное напряжение с ПЧ до практически синусоидальной формы иа, иЬ, ис, создавая наиболее благоприятные условия работы силового электрооборудования - нагрузки.
Прогресс в области преобразовательной техники обеспечивает высокое качество электрической энергии в сетях переменного тока. В связи с тем, что преобладающее количество способов управления преобразователями частоты создается на базе широтно-импульсной модуляции, выбор того или иного метода ШИМ, несомненно, влияет на качество преобразования электроэнергии. Основными методами управления АИН по принципу ШИМ являются классическая трехфазная ШИМ и ШИМ с предмодуляцией третьей гармоникой.
«Классическая» трехфазная ШИМ. Наиболее простым методом системы управления АИН по принципу ШИМ является классическая трехфазная ШИМ. Данный метод управления позволяет регулировать выходное напряжение в широких пределах, диапазон которого изменяется практически от нуля до максимальной величины. Эта величина устанавливается граничным значением постоянного напряжения, подаваемого на вход инвертора. Если величину постоянного напряжения принять за единицу, то на выходе инвертора значение амплитуды линейных напряжений составит 0,8453, это говорит о недостаточном использовании напряжения источника питания постоянного тока на 15,47% в связи с падением напряжения в элементах инвертора - диодах выпрямителя, сглаживающем фильтре, ЮВТ-транзисторах [4]. Отсюда следует, что задача повышения выходного напряжения инвертора является весьма актуальной. С целью повышения выходного напряжения инвертора теоретически можно применить следующие способы для компенсации пониженного напряжения: в частности, это использование генератора с большей мощностью. Если первоначально установлен генератор мощностью 100 кВА, то на выходе инвертора имеем пониженную величину напряжения. Компенсация потери передаваемой мощности в нагрузку реализуется путем установки нового генератора переменного тока мощностью 120 кВА с повышенным номинальным напряжением, т.е. переход от ином = 400 В к ином = 460 В, позволяющий поддерживать требуемую величину напряжения на номинальном уровне. Но более экономичным вариантом является использование вольтодо-бавочного устройства (ВДТ), которое позволяет компенсировать потерю напряжения в преобразователе и тем самым не увеличивать мощность источника электрической энергии [1]. Оба варианта обеспечивают выигрыш в использовании максимального напряжения на выходе инвертора.
ШИМ с предмодуляцией третьей гармоникой. При разработке источников энергии и силовых ключей самым важным является получение максимальной выходной мощности и КПД, а также сведение к минимуму массога-баритных показателей и стоимости. Для обеспечения номинальных параметров электроэнергии приходится пренебрегать синусоидальной формой управляющего сигнала, а именно переходить к седлообразной форме. Одним из действенных и вместе с тем доступных в реализации способов по формированию данного сигнала является предмодуляция посредством введения третьей гармоники в сигналы управления иуа, иуЬ, иус. Данная форма дает возможность увеличить амплитуду выходного напряжения ит на 5-15% в отличие от классического метода. При этом спектральный состав выходного напряжения показывает эффективную фильтрацию высших гармоник.
При реализации ШИМ с предмодуляцией третью гармонику добавляют в отмеченном ниже соотношении [6]:
Км^т
иуА = „JL/^ (sin(9) + [1 - cos(n/6)] •sin(30)};
cos(n/6) cos(n/6)
uyB =___{sin(9 - 4п/3)+ [1 — cos(n/6)] ■ sin(39)};
к и
UvC = —^^-{sin(0 - 2л:/3) + [1 - cos(n/6)] • sin(30)}; 3 cos(n/6)
где cos (п/6)- коэффициент увеличения амплитуды основной гармоники с учётом добавления третьей гармоники; 0 - начальная фаза напряжения пред-модуляции для данного интервала.
Начальная фаза 0 будет сдвинута на (4^/3) для второй и на (2^/3) для третьей фаз.
Для анализа ШИМ с предмодуляцией третьей гармоникой в пакете Matlab/Simulink была исследована модель системы управления преобразователя частоты, представленная на рис. 2.
Рис. 2. Модель системы управления преобразователя частоты для ШИМ с предмодуляцией третьей гармоникой
При разработке модели использовались стандартные блоки библиотеки Simulink. В состав модели системы управления входят: БФЗС, представляющий собой трехфазный источник синусоидального напряжения, источник сигнала предмодуляции третьей гармоники, сумматор Sum этих сигналов, ограничитель Saturation и регулятор напряжения Reg. Трехфазный источник синусоидального напряжения работает следующим образом. Задание частоты
обеспечивает блок f. С выхода интегратора Transfer Fcn сигнал поступает на блок тригонометрической функции sin, тем самым являясь его аргументом, определяющим величину угловой частоты следования управляющих сигналов с частотой 50 Гц. Сигнал синусоидальной формы с выхода блока sin вместе с сигналом Uym1, задающим величину амплитуды синусоиды, поступают на блок умножения Productl. Произведение этих сигналов будет формировать функцию UAymsin(®t), принадлежащей фазе A. Начальные фазы управляющих сигналов В (4п/3) и С (2п/3) задаются постоянными - constantl и constant2. Для фазы В сигнал имеет функцию UBymsin(®t + 4п/3), а фаза С, соответственно - UCymsin(®t + 2л/3). В сумматоре Sum складываются сигналы трехфазного источника UAymsin(®t), UBymsin(®t + 4п/3), UCymsin(®t+2n/3) с сигналом нулевой последовательности. В качестве сигнала нулевой последовательности используется сигнал третьей гармоники Uymsin(3®t). Затем управляющие сигналы поступают на ограничитель. Ограничитель работает в диапазоне от -l до l и позволяет перейти от седлообразной формы к форме, близкой к трапецеидальной, тем самым увеличивая величину выходного напряжения АИН на 2%. На выходе БФЗС формируются три управляющих сигнала Uya, Uyb, Uyc, близких по форме к трапецеидальной и сдвинутых на 120°, идущих на вход модулятора длительности импульсов. При уменьшении выходного напряжения АИН регулятор напряжения увеличивает амплитуду управляющих сигналов, тем самым регулируя напряжение питания нагрузки. Осциллограмма управляющих сигналов приведена на рис. 3.
1
0.5
3 0
-0.5 -1
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0 025 0 03 0 035
Время
Рис. 3. Осциллограмма управляющих сигналов для ШИМ с предмодуляцией третьей гармоники
Блок Repeating Sequence, формирующий сигнал пилообразной формы, обеспечивает задающее значение несущей частоты коммутации IGBT-транзи-сторов, равное 10 кГц. В МДИ выполняется непрерывное сравнение трапецеидальных управляющих сигналов с сигналом пилообразной формы задающей частоты коммутации транзисторов. Таким образом на выходе МДИ генерируются шесть сигналов g, управляющие коммутацией IGBT-транзи-сторов силового инвертора.
ШИМ с синусоидальной трапецией. Альтернативный метод для ШИМ с предмодуляцией третьей гармоникой - это ШИМ с синусоидальной трапецией. Для исследования ШИМ в пакете Matlab/Simulink была разработана модель системы управления преобразователем частоты [3], представленная на рис. 4.
Uya Uyb Uyc
для ШИМ с синусоидальной трапецией.
При разработки модели использовались стандартные блоки библиотеки Simulink. Модель системы управления представляет собой трехфазный источник сигналов, близких к трапецеидальной форме. На положительный вход блока вычитания Sum поступает единичный сигнал. Этот сигнал вместе с сигналом Gain2, равным двум, задает частоту следования импульсов f = 100 Гц и скважность S = 2. С помощью блока Sum формируется разность сигнала задания и удвоенного выходного сигнала UB, представляющего собой сигнал прямоугольной формы. Выходное значение блока Sum поступает на вход интегратора Transfer Fcnl, на выходе которого формируется пилообразная форма сигнала, поступающая на входной порт блока Relay. Блок Relay выполняет функцию сравнения входного сигнала с заданным предельным значением, что позволяет выполнять переключение выходного сигнала между двумя установленными в параметрах величинами, тем самым формируя сигнал прямоугольной формы ин с частотой f = 50 Гц. Данный сигнал вместе с сигналом пилообразной формы поступает на группу логических элементов И, НЕ, осуществляющих формирование прямоугольных импульсов Ua, Ub, Uc для источника генерирования сигналов формы, близкой к трапецеидальной. В результате на выходе формируется трехфазная система управляющих сигналов, сдвинутых на 120°: U4sin(®0, UBsin(®i + 4п/3), Ucsin(®i + 2л/3). Для поддержания номинального выходного напряжения АИН используется регулятор напряжения Reg. Осциллограмма управляющих сигналов приведена на рис. 5.
Работа модулятора длительности импульсов в данном методе идентична работе ШИМ с предмодуляцией третьей гармоникой.
i
0 5 Í 0 -0 5
-1
О 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035
Время
Рис. 5. Осциллограмма управляющих сигналов для ШИМ с синусоидальной трапецией
Анализ систем управления преобразователя частоты для дизель-генератора с изменяемой частотой вращения. Для анализа методов широт-но-импульсной модуляции с использованием программного продукта Matlab была разработана модель дизель-генератора с изменяемой частотой вращения и системой управления АИН [7], которая изображена на рис. 6.
При разработке модели использовались стандартные блоки из библиотек Simulink и SimPowerSystem. В качестве генератора использован явнополюсный синхронный генератор Synchronous Machine pu Fundamental мощностью S = 85 кВА с номинальным напряжением на выходе 400 В и частотой 50 Гц. Напряжение на выходе генератора поддерживается за счет системы возбуждения, представленной блоком Excitation system. Напряжение возбуждения Vf формируется с учетом величины выходного напряжения генератора и задающего значения vref. Синхронный генератор приводится в действие дизелем Diesel, который формирует задание частоты вращения. Блок измерения measurement demux выдает текущие параметры генератора с выходного порта m (частота вращения вала генератора wm и напряжения vs_qd). Выходное напряжение генератора через сетевой дроссель Reactor подается на вход преобразователя частоты. ПЧ состоит из неуправляемого выпрямителя Rectifier, сглаживающего фильтра Filter в цепи постоянного тока, инвертора напряжения PWM IGBT Inverter и контроллера широтно-импульсной модуляции PWM.
На вход ШИМ-контроллера поступают управляющие сигналы с выхода системы управления Control system, соответствующие одному из законов ШИМ Входными значениями Control system являются задатчик частоты напряжения Freq и выходное значение регулятора напряжения Voltage regulator. Voltage regulator имеет два входа - это задатчик эталонного значения амплитуды для выходного напряжения с преобразователя частоты и вход для сигнала обратной связи, позволяющий определить величину напряжения на нагрузке. Обратной связью регулятора напряжения служит сигнал с выхода блока измерения Vabc_Meter. Vabc_Meter состоит из трехфазного шестипульсного неуправляемого выпрямителя, делителя напряжения, понижающего выпрямленное напряжение до значения, равного 1В, и фильтра низких частот. Тем самым блок Vabc_Meter формирует на выходе сигнал, пропорциональный выходному напряжению ПЧ, и позволяет уменьшить время восстановление напряжения при динамических процессах. К выходу ПЧ через Г-образный синусный фильтр с общей точкой LC Filter, подключена активно-индуктивная нагрузка Load. Блоки Total Harmonic Distortion и Active & Reactive Power предназначены для измерения коэффициента нелинейных искажений напряжения и активно-реактивной мощности отдаваемой в нагрузку.
Uya Uyb "S. Uyc
•
Рис. 6. Модель дизель-генератора с изменяемой частотой вращения и системами управления
Total Harmonic Distortion
На рис. 7 представлены результаты моделирования электроэнергетической системы: изменение активной мощности (а), огибающие линейного напряжения иаь в разомкнутой (б) и замкнутой (в, г) системах.
1.4 1.6
Время
0.96 0.94
1.06 1.04 1.02
! 1 0.98 0.96 0.94
1.06 1.04 1.02
0.98 0.96
1.4 1.6
Время
б
Время
Время
г
в
Рис. 7. Диаграммы изменения активной мощности (а) и огибающие линейного напряжения иаЬ в разомкнутой (б) и замкнутой (в, г) системах
а
Моделирование производилось с использованием двух методов управления АИН по принципу ШИМ На диаграммах (б, в) представлены огибающие напряжения ШИМ с предмодуляцией третьей гармоникой. На диаграмме (г) изображена огибающая напряжения с модифицированным алгоритмом -ШИМ с синусоидальной трапецией.
Нагрузка включается в следующие моменты времени: ^ = 0,7 с, ^ = 1,2 с, ^ = 1,7 с. Полная мощность каждой нагрузки составляет 8 = 15 кВА и со8ф = 0,8. После включения трех нагрузок от 0 до 26,5 кВт (50% от активной мощности генератора) снижение напряжения в разомкнутой системе составляет приблизительно 6% из-за роста потерь в элементах ПЧ и ЬС-фильтре (рис. 7, б) [2]. Ошибка по статическому режиму в замкнутой системе при загрузке до 50% составляет 1% (рис. 7, в, г). Как видно из диаграмм, статические процессы двух законов управления ШИМ идентичны. Однако динамические процессы несколько отличаются. При включении нагрузки динамическое отклонение равно 1,3% (рис. 7, в). Применение ШИМ с синусоидальной трапецией снижает величину динамического отклонения до величины 1,1% (рис. 7, г). На основании представленных диаграмм можно отметить, что регулятор напряжения демонстрирует высокое быстродействие, время переходного процесса которого составляет ^ = 0,15 с.
Для оценки качества работы законов ШИМ проведено моделирование замкнутых систем регулирования напряжения, результаты которого представлены на рис. 8.
0.8
га
1 0.6 Е ■п
I
О 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Нагтотс огсиI
а
Рипс1атеп1а1 (50Нг)= 539.4 , ТНО= 1.78%
б
Рис. 8. Результаты моделирования ШИМ с предмодуляцией третьей гармоникой (а) и ШИМ с синусоидальной трапецией (б)
гипаатеп1а1 (бОНг) = 537.7 , ТНИ= 0.98%
Применение метода ШИМ с предмодуляцией третьей гармоникой позволяет добиться невысокого коэффициента нелинейных искажений и достигает 0,98% (рис. 8, а). Анализ гармонического состава показывает снижение величины высших гармоник и отсутствие гармоник кратных трем. В данном методе наибольшее значение имеют пятая и седьмая гармоники, что незначительно влияет на искажение линейного выходного напряжения АИН.
Применение альтернативного метода - ШИМ с синусоидальной трапецией - увеличивает величину коэффициента нелинейных искажений. Для оценки величины высших гармоник представлены результаты анализа блока Powergui, где видно, что КНИ = 1,78% (рис. 8, б). Благодаря использованию данного способа управления выходное напряжение с преобразователя частоты содержит только нечетные гармоники.
Выводы. Предложенная модель дизель-генератора с изменяемой частотой вращения и системой управления АИН позволяет производить имитационное моделирование с различными методами широтно-импульсной модуляции. Анализ динамических свойств модели с замкнутой системой регулирования напряжения показал высокое быстродействие стабилизации напряжения. За счет использования замкнутой системы напряжение на нагрузке близко по величине к напряжению на зажимах генератора.
Исследование показало, что и метод ШИМ с предмодуляцией третьей гармоникой, и ШИМ с синусоидальной трапецией дают оптимальные параметры и форму напряжения на нагрузке, близкую к синусоидальной. С учетом гармонического состава наиболее благоприятной является ШИМ с пред-модуляцией третьей гармоникой, в которой коэффициент нелинейных искажений менее 1%. Применение систем управления с синусоидальной трапецеидальной формой ШИМ позволяет увеличить напряжение на выходе ПЧ примерно на 2% по сравнению с таковым при использовании ШИМ с пред-модуляцией третьей гармоникой.
Применение преобразователей частоты с оптимальной ШИМ предоставит возможность широкого применения дизель-генераторов, частота вращения которых может изменяться до 75% от номинального значения.
Литература
1. Климаш В.С. Вольтодобавочные устройства для компенсации отклонений напряжения и реактивной энергии с амплитудным, импульсным и фазовым регулированием. Владивосток: Дальнаука, 2002. 140 с.
2. Коробко Г.И., Хватов О.С., КоробкоИ.Г. Разработка и моделирование дизель-генератора с изменяемой частотой вращения в судовой единой электроэнергетической системе // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2017. № 1. С. 55-61.
3. Лазарев Ю.М. Моделирование процессов и систем в МайаЪ. СПб.: Питер; Киев: БИУ, 2005. 512 с.
4. Обухов С.Г., Чаплыгин Е.Е., Кондратьев Д.Е. Широтно-импульсная модуляция в трехфазных инверторах напряжения // Электричество. 2008. № 7. С. 23а-31.
5. Розанов Ю.К., Рябчицкий М.В., Кваснюк А.А. Силовая электроника. М.: ИД МЭИ, 2007. 632 с.
6. Чаплыгин Е.Е. Спектральное моделирование преобразователей с широтно-импульсной модуляцией. М.: Изд-во МЭИ, 2009. 56 с.
7. Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в МаНаЬ, SimPowerSystem и Simulink. М.: ДМК Пресс, 2007. 288 с.
КОРОБКО ГРИГОРИЙ ИВАНОВИЧ - кандидат технических наук, доцент кафедры эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики, Волжский государственный университет водного транспорта, Россия, Нижний Новгород (Tv-out@narod.ru).
ШИЛОВ МАКСИМ ПЕТРОВИЧ - аспирант кафедры эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики, Волжский государственный университет водного транспорта, Россия, Нижний Новгород (MaksimShilov1@yandex.ru).
КОРОБКО ИВАН ГРИГОРЬЕВИЧ - инженер, Нижегородский инжиниринговый центр ООО «Электро Лэнд», Россия, Нижний Новгород (Tv-out@narod.ru).
G. KOROBKO, M. SHILOV, I KOROBKO DEVELOPMENT OF CONTROL SYSTEMS OF FREQUENCY CONVERTER FOR DIESEL GENERATOR WITH VARIABLE FREQUENCY ROTATION AND THEIR COMPARATIVE ANALYSIS
Key words: diesel generator, frequency converter, pulse-width modulation, autonomous voltage inverter, AVI controls system, voltage stabilization system.
The article describes the functional diagram of the control system and frequency converter for a diesel generator set with variable speed. The basic devices of the developed circuit are presented and described. The aim of the work is to create a model of control of an autonomous voltage inverter (AVI) and a power model of a diesel generator with a frequency converter, which will allow further research and analysis of the operation of an electric power system with a variable speed rotation diesel generator. Descriptions of various options for controlling the AVI according to the pulse width modulation principle (PWM) are presented. The classical PWM method is considered, in which the associated advantages and disadvantages are defined. The PWM method with third harmonic premodulation is described. For this method, a model of a frequency converter control system is presented. It is developed in the Matlab Simulink program, where the main advantages over the classical method are determined. A modified PWM method with a sine trapezoid is presented. The peculiarity of this method is the absence of a saddle-shaped control signal, which is typical of PWM with third harmonic premodulation. The main control elements of the above PWM methods are the master signal generation unit (MSGU) and the pulse duration modulator (PDM). The task of MSGU is to form control signals. A power model of a diesel generator with a frequency converter and an AVI control system has been developed. On the basis of the model, simulation modeling was performed and two PWM methods were analyzed, taking into account the main criteria that allow evaluating the quality of PWM for AVI with active-inductive load. Oscillograms of open-loop and closed-loop voltage stabilization systems are presented for two PWM methods, estimating transients when the load is turned on. Comparison of the results obtained, which demonstrate the high performance of the voltage stabilization system and the permissible dynamic deviations is made. To assess the linear output voltage using the Powergui block, the effects of the shape of the control signal are analyzed. The paper presents the results of the harmonic composition, by which the values of higher harmonics and nonlinear distortion coefficients were estimated.
References
1. Klimash V.S. Vol'todobavochnyye ustroystva dlya kompensatsii otkloneniy napryazheniya i reaktivnoy energii s amplitudnym, impul'snym i fazovym regulirovaniyem [Booster devices for compensation of voltage and reactive energy deviations with amplitude, pulse and phase control]. Vladivostok, Dal'nauka Publ., 2002, 140 p.
2. Korobko G.I., Khvatov O.S., Korobko I.G. Razrabotka i modelirovaniye dizel'-generatora s izmenyayemoy chastotoy vrashcheniya v sudovoy yedinoy elektroenergeticheskoy sisteme [Develop-
ment and simulation of a diesel generator with variable speed in the ship's unified electric power system]. Vestnik Ivanovskogo gosudarstvennogo energeticheskogo universiteta [Bulletin of Ivanovo State Energy University], 2017, no. 1, pp. 55-61.
3. Lazarev Yu.M. Modelirovaniye protsessov i sistem v Matlab [Modeling of processes and systems in Matlab]. St. Petersburg, Piter Publ., Kiev, BHV Publ., 2005, 512 p.
4. Obukhov S.G., Chaplygin Ye.Ye., Kondrat'yev D.Ye. Shirotno-impul'snaya modulyatsiya v trekhfaznykh invertorakh napryazheniya [Pulse width modulation in three-phase voltage inverters]. Elektrichestvo [Electricity], 2008, no. 7, pp. 23a-31.
5. Rozanov Yu.K., Ryabchitskiy M.V., Kvasnyuk A.A. Silovaya elektronika [Power electronics]. Moscow, MEI Publ. House, 2007, 632 p.
6. Chaplygin Ye.Ye. Spektral'noye modelirovaniye preobrazovateley s shirotno-impul'snoy modulyatsiyey [Spectral modeling of converters with pulse-width modulation]. Moscow, MEI Pul., 2009, 56 p.
7. Chernykh I.V. Modelirovaniye elektrotekhnicheskikh ustroystv v Matlab, SimPowerSystem i Simulink [Simulation of electrical devices in Matlab, SimPowerSystem and Simulink]. Moscow, DMK Press, 2007, 288 p.
KOROBKO GREGORIY - Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, Department of Electrical Engineering and Electrical Equipment, Volga State University of Water Transport, Russia, Nizhny Novgorod (Tv-out@narod.ru).
SHILOV MAKSIM - Post-Graduate Student, Department of Electrical Engineering and Electrical Equipment, Volga State University of Water Transport, Russia, Nizhny Novgorod (MaksimShilov1@yandex.ru).
KOROBKO IVAN - Engineer, Nizhny Novgorod Engineering Center of LLC Electro Land., Russia, Nizhny Novgorod (Tv-out@narod.ru).
Формат цитирования: Коробко Г.И., Шипов М.П., Коробко И.Г. Разработка систем управления преобразователем частоты для дизель-генератора с изменяемой частотой вращения и их сравнительный анализ // Вестник Чувашского университета. - 2019. - № 3. - С. 97-109.
