1.6.2Несимметричный способ управления
Стремление исключить недостатки симметричного способа управления привело к разработке способов, обеспечивающих однополярное напряжение на выходе ШИП. Простейшим из них является несимметричный. Модель ШИП с несимметричным управлением представлена на рисунке 1.144.
Данная схема отличается от схемы на рисунке 1.139 реализацией блока Discrete PWM Generator, схема модели которого показана на рисунке 1.145. Данный блок входит в состав библиотеки Simulink.
Принцип действия блока Discrete PWM Generator поясняется временной диаграммой работы основных элементов (рисунок 1.146), составляющих структуру этого блока.
Рисунок 1.144 – Схема модели ШИП с несимметричным управлением (Fig1_144)
Рисунок 1.145 – Схема модели блока Discrete PWM Generator
Рисунок 1.146 – Временная диаграмма работы ШИП при несимметричном управлении
Рисунок 1.147 – Результаты моделирования работы ШИП с несимметричным управлением
Здесь при любом знаке входного сигнала Uy в состоянии переключения находятся все четыре транзисторных ключа моста (рисунок 1.146). При этом частота переключения каждого из них соответствует частоте опорного треугольного сигнала Utriang, а напряжение на нагрузке однополярное, частотой в два раза большей, чем опорное. Управляющие напряжения транзисторных ключей u1, u2 одной фазы моста ТК1, ТК2 (рисунки 1.138 и 1.145) и u3, u4 для ТКЗ, ТК4 постоянно находятся в противофазе; при этом ключи переключаются с меньшей в два раза частотой, чем частота коммутации нагрузки. Этим достигается снижение потерь на переключение силовых ключей и одновременно уменьшение пульсаций тока в нагрузке.
На рисунке 1.147 представлены результаты моделирования работы ШИП с несимметричным управлением на активно-индуктивную нагрузку при входном синусоидальном напряжении управления.
При запуске файла Fig1_144 Simulink выставляет окно с предупреждением о замене способа моделирования. Согласиться, нажав кнопку ОК, однако никаких изменений вводить не надо. Процесс моделирования будет выполнен с фиксированным шагом. Рекомендованный в подсказке способ моделирования также осуществляется, но в результатах моделирования появляются помехи, объяснить которые достаточно сложно.
1.7Преобразователи частоты (автономные инверторы)
1.7.1Разомкнутый способ реализации шим
В современных системах электропривода переменного тока в качестве силовых регуляторов используются транзисторные автономные инверторы. Оконечный каскад трёхфазного автономного инвертора содержит шесть силовых транзисторных ключей с обратными диодами. В связи со значительными достижениями в технологии изготовления силовых транзисторов (в части повышения частоты коммутации, тока и напряжения), практически повсеместно стали использоваться алгоритмы с синусоидальной широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Методы ШИМ напряжения на выходе автономного инвертора реализуются в разомкнутых и замкнутых системах. Разомкнутый способ реализации ШИМ в одной фазе при симметричном и несимметричном управлении рассмотрен в моделях ШИП. Генератор пилообразного напряжения треугольной формы формирует напряжение высокой (несущей) частоты. Это напряжение сравнивается с синусоидальным напряжением, частота и амплитуда которого задаётся входным сигналом Uy. Результат сравнения используется для управления силовыми ключами.
На рисунке 1.148 представлена модель автономного инвертора напряжения.
Рисунок 1.148 – Схема модели автономного инвертора (Fig1_148)
Преобразователь частоты выполнен на блоке Universal Bridge; питание преобразователь получает от аккумуляторной батареи; задающее синусоидальное трёхфазное напряжение необходимой амплитуды и частоты, управляющие напряжения u1…u6 формируются в блоке Discrete PWM Generator; нагрузка преобразователя частоты включена в звезду и имеет активно-индуктивный характер. На рисунке 1.149 показаны окна настройки основных блоков автономного инвертора напряжения: Universal Bridge, Discrete PWM Generator.
Рисунок 1.149 – Окна настройки блоков
На рисунке 1.150 изображена схема модели блока Discrete PWM Generator. Из схемы удалены элементы, незадействованные в данной конфигурации.
Рисунок 1.150 – Схема модели блока Discrete PWM Generator
На рисунке 1.151 представлена временная диаграмма работы трёхфазного автономного инвертора на частоту 50Гц.
Рисунок 1.151 – Временная диаграмма работы трёхфазного инвертора
Треугольное опорное напряжение сравнивается с задающими напряжениями трёх фаз. В результате сравнения формируются три управляющих напряжения силовыми ключами u1, u3 и u5, после инвертирования – управляющие напряжения u2, u4 и u6. Селектор Select1A задаёт порядок следования сформированных сигналов управления в последовательности u1, u2, u3, u4, u5, u6, принятой для управления силовыми ключами блока Universal Bridge. На нижней диаграмме показано напряжение фазы А и токи фаз A, B, C.
Рисунок 1.152 – Моделирование работы трёхфазного инвертора напряжения
На рисунке 1.152 также показан процесс формирования напряжения фазы А и токов фаз, но моделируется больший интервал времени.