Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Параллельная работа статических преобразователей энергии. Учебное пособие
.pdf
Кроме того, к ведомым инверторам от ведущего передается вектор
,t
сигналов
тичность инверторов напряжения, отсутствие датчиков тока нагрузки,
что позволяет соединять ИН и нагрузки несосредоточенно. Однако здесь,
как и в предыдущем варианте, сохраняется необходимость в наличии канала обмена информационными сигналами.
Достоинствами такого технического решения являются полная иден-
, как и в случае варианта с ЦК.
111
8. ВЕКТОРНОЕ УПРАВЛЕНИЕ
ОДНОФАЗНЫМ ИНВЕРТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ
Схемы наиболее часто применяемых однофазных инверторов напряжения показаны на рис. 56. Для обеспечения параллельной работы нескольких инверторов на общую нагрузку необходимо либо использовать гальванически не связанные источники постоянного напряжения,
либо на выходе каждого из инверторов использовать трансформатор.
Далее в силу общности результатов рассматривается последний вари-
ант. Следует отметить, что
конденсаторы силового фильтра
быть установлены как на первичной, так и на вторичной стороне трансформатора. При его установке на вторичной стороне за счет индуктивностей рассеяния трансформатора происходит увеличение эквивалентной индуктивности, принимающей участие в сглаживании тока инвертора, что является положительным фактором.
Однофазные инверторы напряжения с широтно-импульсной модуляцией управляются,
как правило, одним модулирующим сигналом.
Прежде чем перейти к изучению параллельной работы однофазных
инверторов, рассмотрим принципы управления отдельным инвертором,
уделив особое внимание построению систем регулирования.
Функциональная схема однофазного инвертора напряжения с необходимыми датчиками для обеспечения автономной и параллельной
работы показана на рис. 57. Здесь использована Т-образная схема
замещения однофазного трансформатора [11], при этом все элементы
и электрические величины приведены к первичной обмотке, факт приведения отражен верхним штрихом, сопротивления активных потерь
в дросселе фильтра и в обмотках трансформатора, а также сопротивления
утечки
С на схеме не указаны, но в дальнейших расчетах будут учтены;
ф
С могут
ф
112
VT
L
L
I
I
s
L
s
L
1
C
1
VT
VT
1
3
C
U
dc
VT
C
2
2
ф
U
dc
VT
VT
2
4
L
ф
Тр
C
ф
Тр
а
б
Рис. 56. Однофазные инверторы напряжения
ДТ
i
i
dc
вх
C
U
dc
ИН
ф
u
и
1
i
и
i
и
Система управления
Рис. 57. Функциональная схема однофазного инвертора напряжения
с необходимыми датчиками для обеспечения параллельной работы
2
L
0
С
r
0
u
н
ДН
ф
U
u
н
C
ф
ДТ
i
н
Нагрузка
N
i
н
113
s
L
s
g
K
,
LL
активных потерь в магнитопроводе;
– индуктивности рассеяния первичной и вторичной обмотки;
12
s
,Lr
– основная индуктивность первичной обмотки и сопротивление
00
,
– коэффициенты передачи
I
U
датчиков напряжения (ДН) и тока (ДТ); сигналы на выходе ДН и ДТ
обозначены, как и в предыдущих разделах. Все напряжения измеряются относительно точки N.
Для вывода основных уравнений, описывающих электрические процессы в выходной цепи инвертора с учетом фильтра, трансформатора и
нагрузки, воспользуемся схемой замещения выходной цепи инвертора,
(рис. 58).
i
и
u
Рис. 58. Схема замещения выходной цепи однофазного
эк
и
r
эк
C
инвертора
ф
i
н
g
ф
u
н
Здесь принято, что индуктивность
LLLL
представлена разрывом,
,
эк ф 12
L
достаточно велика и поэтому
0
r
включает в себя актив-
эк
s
ное сопротивление дросселя фильтра и активные сопротивления пер-
вичной и приведенной вторичной обмотки,
конденсатора фильтра и неотключаемой части нагрузки;
– проводимость утечки
ф
u
– выходное
и
напряжение инвертора. Величина этого напряжения может быть представлена в виде суммы двух составляющих:
где
u – сигнал управления, поступающий на ШИМ-модуляторы;
у
uKu u, (134)
иуU
–
u
высокочастотные составляющие выходных напряжений инвертора;
– коэффициент усиления по основной гармонике инвертора напря-
U
жения
114
U
x
U
– амплитудное значение опорного сигнала.
оп
KU
dc
U
, (135)
оп
Далее при выводе уравнений, необходимых для синтеза структуры
регуляторов тока и напряжения, учитывая, что
k
, в соотноше-
нии (134) пренебрежем высокочастотными гармониками, т. е. примем,
что
uKu . Тогда для схемы на рис. 58 по второму и первому закону
иуU
Кирхгофа можно записать следующую систему уравнений:
dt
di
и
dt
н
,
(136)
.
uriL u
иэки эк н
iC gui
иф фнн
du
При определении структуры регуляторов воспользуемся понятием
аналитического сигнала так, как это было сделано в разделе 3 при синтезе регуляторов для нулевой последовательности.
Определим присоединенные уравнения для ортогональных дополнений величин
,,,iuiu
иинн
, для этого применим оператор Гильберта
(85б) к уравнениям (136), в результате получим
ˆˆ
uriL u
иэки эк н
ˆˆ
iC gui
иф фнн
Здесь принято обозначение
чины
,,,iuiu
иинн
.
ˆ
ˆ
du
dt
ˆ
Hx
ˆ
di
и
dt
н
, где под x имеются в виду вели-
,
(137)
ˆ
.
Сформируем из токов и напряжений схемы рис. 58 и их ортогональных дополнений векторы вида
ui ui
ии нн
UIUI. (138)
иинн
,, ,
ˆˆ
ui ui
ии нн
ˆˆ
115
Из пассивных элементов уравнений (136) и (137) сформируем следующие квадратные матрицы 2 × 2:
00
rL
эк эк
RL
00
gC
GC (139)
фф
00
,,
rL
эк эк
00
,.
gC
фф
С помощью (138) и (139) перепишем уравнения (136), (137) в матричной форме:
d
URIL U
ии н
IGUC I
ин н
I
и
dt
d
U
,
(140)
н
.
dt
Используя преобразование (90б), переведем систему уравнений (140) во вращающуюся с частотой ортогональную систему координат «dq», для этого каждое из матричных уравнений (140) умножим
слева на матрицу
T и воспользуемся правилом введения обозначений
dq
и преобразований, указанных в соотношениях (103)–(105). В результате
получим
URIL LWIU
IGUC CWUI
В соотношении (141)
d
I
и
ии ин
dq dq dq dq
ин н
dq dq нdq dq
UTU
ииии0
dq dq dq dq
UTU
нннн
dq dq dq dq
0
W
dq
dt
d
U
н
dq
dt
,,
ITI
,,
ITI
.
0
116
,
(141)
.
(142)
В скалярной форме система уравнений (141) примет вид
di
du
du
di
dt
dt
dt
dt
и
d
,
(143)
и
q
н
d
н
q
;
,
(144)
.
uriL Liu
иэки эк экин
dd qd
uriL Liu
и эк и эк эк и н
qq dq
iguC Cui
ифнф фнн
dd qd
iguC Cui
ифнф фнн
qq dq
В соотношениях (143) и (144) токи и напряжения основных гармоник являются постоянными величинами в установившихся режимах
и относительно медленно изменяющимися в переходных режимах.
Необходимо отметить наличие перекрестных связей по «d»- и «q»-
осям в уравнениях (143) и (144), аналогичных уравнениям (107а) и
(108а). Этот факт осложняет реализацию независимого регулирования
переменных в своих осях
.
При синтезе регуляторов следует воспользоваться соотношением
uKu и определить
иуU
,
uu через сигнал управления уu , выраба-
ии
dq
тываемый в системе управления. Для этого необходимо найти ортого-
ˆ
нальное дополнение сигналу
ˆ
ский сигнал
зования
T , в результате получим
dq
uju
уу
перевести в «dq» координаты с помощью преобра-
u , т. е.
у
uHu
уу
, а затем аналитиче-
uu
уу
d
uu
T (145)
уу
q
uKuuKu
,,.
иуиу
ˆ
dUdqUq
На рис. 59 представлены схемы замещения выходной цепи инвертора напряжения во вращающейся системе координат «dq» для основ-
ных гармоник тока и напряжения, полученные в соответствии с уравнениями (143) и (144).
117
Прежде чем рассмотреть результаты синтеза регуляторов, отметим,
I
I
L
L
L
g
g
что обязательным элементом системы управления инвертором напряжения является блок преобразования координат – БПК (рис. 60).
На вход БПК поступают сигналы с датчиков тока и напряжения:
ii
ии
ii
,
нн
uu
и
ннU
. Далее с помощью блока «Преобразова-
ние Гильберта» определяются ортогональные дополнения сигналов. После этого соответствующие аналитические сигналы преобразуются
в «dq» с помощью преобразования
T (72) и подаются в регуляторы
dq
тока и напряжения.
i
Ku
U уd
Ku
U уq
i
иd
иd
иq
эк
L
эк
i
i
r
эк
r
эк
а
эк иq
i
эк иd
u
нd
u
нq
C
ф
ф
u
нd
i
иq
C
ф
ф
u
нq
б
Рис. 59. Схемы замещения выходной цепи ИН во вращающейся
системе координат «dq»
118
Cu
фнq
Cu
фнd
i
нd
i
нq
Б
ii
и I и
ii
н I н
uu
н U н
ПК
dq
T
dq
dq
ˆ
i
i
и
i
н
u
н
Рис. 60. Структурная схема блока преобразования координат
H
для однофазного ИН
и
ˆ
i
н
ˆ
u
н
T
dq
dq
T
dq
ˆ
i
иd
ˆ
i
иq
ˆ
i
нd
ˆ
i
нq
ˆ
u
нd
ˆ
u
нq
Синтез регуляторов производится с использованием схем замещения (см. рис. 59). Основные положения, используемые при выполнении
этой процедуры, заключаются в следующем.
1.
В основу построения регуляторов положен принцип подчинен-
ного регулирования, при этом внутренним контуром служит контур регулирования тока ИН, внешним контуром является контур регулирова-
ния напряжения на конденсаторе
Для обеспечения независимости токов и напряжений в системе от
2.
C
, т. е. напряжения на нагрузке.
ф
изменения нагрузки и параметров схемы вводятся отрицательные обратные связи по току инвертора и напряжению на нагрузке.
3.
Поскольку сигналы в схемах замещения в установившихся режи-
мах – величины постоянные, для обеспечения астатического регулирования используются пропорционально-интегральные регуляторы.
4.
Для обеспечения независимого регулирования по ортогональным
осям производится компенсация перекрестных связей.
5.
С целью повышения быстродействия вводятся компенсационные
положительные обратные связи по напряжению и току нагрузки.
119
у
у
L
Р
Тdq
з
з
I
П
I
П
L
Р
з
з
з
з
i
иq
i
иd
i
иd
i
иq
i
C
1
i
иq
C
1
i
иq
И
иd
1
kr
I эк
kr
1
I эк
И
dq
1
pT
эк
1
pT
эк
dq
L
эк
C
C
L
эк
i
иd
u
нd
C
3
2
C
2
u
d
3
u
q
u
нq
а
Нdq
u
нd
u
нd
u
нq
u
C
1
u
C
1
u
нq
ПИ
нd
kg
1
U ф
нq
kg
1
U ф
ПИ
Udq
1
pT
C ф
1
pT
C ф
Udq
u
нq
C
ф
C
2
C
2
C
ф
i
нd
C
3
i
иd
C
3
i
иq
i
нq
u
нd
б
Рис. 61. Структурные схемы регуляторов тока
и напряжения
РНdq (б) однофазного ИН
120
РТdq (а)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]