Математический анализ и моделирование преобразователя частоты матричного типа с непосредственным управлением по методу пространственно-векторной модуляции

Виктор Николаевич Мещеряков, Дмитрий Владимирович Байков

Аннотация


Матричные преобразователи частоты на полностью управляемых ключах переменного тока являются одним из перспективных решений в сфере экономии энергии и развития электропривода переменного тока. Возможность рекуперативного торможения позволяет расширить сферу применения частотных преобразователей и улучшить их эксплуатационные характеристики. В работе использованы общие положения теории цепей, методы математического и численного моделирования, линейная алгебра, теория нелинейных и дискретных систем управления и теория цифровой обработки сигналов. Основным методом исследования в данной работе является метод математического моделирования. При обработке результатов исследований широко применялось современное программное обеспечение. Произведен полный математический анализ силовой схемы матричного преобразователя частоты вместе с вычислением коммутационных циклов (алгоритма коммутации) как для низкого коэффициента передачи напряжения (0,5), так и для максимального коэффициента передачи напряжения (0,866). Рассмотрена работа преобразователя частоты матричного типа, представляющего собой комбинацию виртуального активного выпрямителя и виртуального автономного инвертора напряжения с непосредственным управлением по методу пространственно-векторной модуляции. Разработаны имитационные модели такой системы и представлены результаты моделирования в среде MATLAB/Simulink. Представленные результаты исследований показывают, что высокие качественные показатели электропривода с матричным преобразователем частоты, несомненно, открывают для него широкие перспективы. Данный вид преобразователей может с успехом найти применение в машинах двойного питания для ветрогенераторов, на производственных линиях в стальном производстве, на погрузочноразгрузочных устройствах, лифтах, подъемниках, в стендах обкатки двигателей внутреннего сгорания, а из-за меньших массогабаритных показателей матричный преобразователь частоты может найти применение в тех областях промышленности, где размер и вес преобразователя имеют жизненное значение, а ограничение величины выходного тока некритично, как например в аэро- и космической промышленности. Однако несмотря на все свои преимущества над схемами обычных преобразователей частоты, схемы матричных преобразователей пока не нашли широкого применения ввиду большого количества полупроводниковых приборов и сложных алгоритмов управления.

Ключевые слова


матричный преобразователь частоты; пространственно-векторная модуляция; имитационная модель; автономный инвертор напряжения; активный выпрямитель

Полный текст:

PDF

Литература


Виноградов, А.Б. Новые алгоритмы пространственно-векторного управления матричным преобразователем частоты / А.Б. Виноградов // Электричество. – 2008. – № 3. – С. 41–52.

Аракелян, А.К. Комбинированный алгоритм безопасной коммутации ключей матричного преобразователя / А.К. Аракелян, Н.В. Кокорин // Электричество. – 2009. – № 11. – С. 52–56.

Gang Li. PWM algorithms for indirect matrix converter / Li Gang // IEEE 7th International Power Electronics and Motion Control Conference – ECCE Asia, June 2–5, 2012. – P. 1713–1717. DOI: 10.1109/IPEMC.2012.6259094

Alesina, A. The generalized transformer: a new bi-directional sinusoidal waveform frequency converter with continuous variable adjustable input power factor / A. Alesina, M. Venturini // IEEE PESC’80. – 1980. – P. 242–252.

Venturini, M. A new sinewave in, sinewave out conversion technique which eliminates reactive elements / M. Venturini // Proc. POWERCON’80. – 1980. – P. E3/1–E3/15.

Alesina, A. Analisys and Design of Optimum Amplitude Nine-Switch Direct AC-AC Converters / A. Alesina, M. Venturini // IEEE Transactions on Power Electronics. – January 1989. – Vol. 4, no. 1. – P. 101–112. DOI: 10.1109/63.21879

Asynchronous operation of cycloconverter with improved voltage gain by employing a scalar control algorithm / G. Roy, L. Duguay, S. Manias, G. April // IEEE IAS Conference Record. – 1987. – P. 889–898. DOI: 10.1109/PESC.1988.18273

Alesina, A. Intrinsic amplitude limits and optimum design of 9-switches direct PWM ac-ac converters / A. Alesina, M. Venturini // IEEE PESC’88. – 1988. – Vol. 2P. – 1284–1291.

Виноградов, А.Б. Векторное управление электроприводами переменного тока / А.Б. Виноградов; ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина». – Иваново, 2008. – 298 с.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.