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

Виктор Николаевич Мещеряков
Липецкий государственный технический университет, г. Липецк

Дмитрий Владимирович Байков
Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева


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.