Лабораторная работа №8
Исследование трехфазного автономного инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией
Цель работы: Ознакомиться с работой трехфазного автономного инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией при помощи компьютерного пакета программ MATLAB.
Краткие теоретические сведения: Бурное развитие силовой полупроводниковой техники, а именно - расширение диапазонов токов и напряжений, позволило использовать современные промышленные преобразователи частоты с широтно-импульсным модулятором для широкого круга механизмов. Однако ввиду того, что все промышленные потребители переменного тока, для которых необходимо регулирование частоты, являются трехфазными, следует рассмотреть систему трехфазного автономного инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией.
Данная система преобразователя представляет собой мостовое соединение шести IGBT - транзисторов. Структура и принцип работы IGBT
- транзистора была рассмотрена в предыдущей работе, и повторное рассмотрение является нецелесообразным. Управление каждым из IGBT - транзисторов осуществляется при помощи генератора импульсов управления, в строго определенной последовательности. В зависимости от длительности импульсов управления подающихся на затвор каждого из шести IGBT - транзисторов, на выходе автономного инвертора формируется трехфазный синусоидальный сигнал, служащий для питания потребителей переменного тока изменяемой частоты с допустимым уровнем искажений. В большинстве случаев нагрузкой трехфазного автономного инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией являются двигатели переменного тока, что позволяет регулирование скорости двигателя в широких пределах.
Следует также отметить, что помимо использования IGBT -транзисторов в качестве силовых управляемых ключей, в ранних схемах инверторов с ШИМ нашли применение двухоперационные тиристоры (ОТО
- тиристоры).
Программа лабораторной работы: Моделирование трехфазного инвертора с ШИМ при помощи программы MATLAB заключается в следующем:
10.Сборка соответствующей схемы инвертора при помощи программного
продукта MATLAB;
11 .Изменяя параметры элементов схемы инвертора согласно указаниям по проведению лабораторной работы, получаем соответствующие осциллограммы; 12. Анализ полученных результатов компьютерного моделирования.
Выполнение лабораторной работы: на рис.29 представлена схема трехфазного автономного инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией, выполненного при помощи компьютерного пакета программ MATLAB. Схема инвертора состоит из следующих элементов: источника трехфазного питания (3-Phase Source), понижающего трансформатора (3-Phase Transformer), неуправляемого трехфазного выпрямителя (Rectifier); емкостных и индуктивных фильтров (LC-Filter)., измерителей напряжений (Voltage Measurement); автономного инвертора (PWM IGBT Inverter), блока управления инвертора (Discrete PWM Generator); трехфазной нагрузки, осциллографа (Scope).
Ввиду того, что некоторые из элементов были рассмотрены в предыдущих лабораторных работах, акцентируем внимание на ранее не рассмотренных.
Блок источника трехфазного питания (3-Phase Source) расположен в библиотеке SimPоwerSystem в разделе Electrical Sources. При двойном нажатии левой кнопкой мышки на данный элемент открывается окно с параметрами (рис.30). В данном окне присутствуют такие параметры, как: межфазное напряжение (Phase - to - Phase); угол сдвига фазы A (Phase angle of phase А); частота источника (Frequency); соединение обмоток источника (Internal connection); активное и индуктивное сопротивления источника (Source resistance, Source inductance).
Блок трехфазного трансформатора (3-Phase Transformer) расположен в библиотеке SimPowerSystem в разделе Elements. При двойном нажатии левой кнопкой мышки на данный элемент открывается окно с параметрами (рис.31). В данном окне присутствуют такие параметры, как: номинальная мощность трансформатора и частота (Nominal power and Frequency); соединение первичной обмотки трансформатора (Winding I (ABC) connection); параметры первичной обмотки трансформатора (Winding parameters); соединение вторичной обмотки трансформатора (Winding 2 (ABC) connection); параметры вторичной обмотки трансформатора (Winding parameters). Кроме того, возможны изменения параметров насыщения сердечника трансформатора (Saturable core), активная и реактивная составляющая намагничивания сердечника трансформатора (Magnetization resistance), возможность установки встроенных измерительных приборов (Measurements).
Емкостно-индуктивный фильтр (LC-Filter), подключенный к выходу автономного инвертора, выполнен при помощи подсистемы (Subsystem). Данный блок подсистемы располагается в библиотеке Simulink в подразделе Ports & Subsystems. При двойном нажатии левой кнопкой мышки на данный элемент открывается окно с рабочим пространством (рис.32). Подсистема обладает неограниченным количеством входных (In) и выходных портов (Out), кроме того, внутри подсистемы могут располагаться любое количество элементов, присутствующих в любой из библиотек программы MATLAB.
Рисунок 29 Функциональная схема трехфазного автономного инвертора с широтно-импульсной модуляцией выполненная с использованием программного продукта MATLAB
Кроме того, в данной схеме представлены такие элементы, как трехфазная нагрузка (рис.33), а также шинный формирователь (Bus Creator), который формирует шину из сигналов различных типов.
После задания всех параметров элементов и параметров моделирования на рабочей панели нажимаем клавишу start, после окончания моделирования левой клавишей мышки нажимаем на 16сциллограф''и фиксируем результат \/ моделирования (рис.34).
Задание по выполнению лабораторной работы:
1. Изменяя параметры промежуточной и выходной частоты формирователя импульсов управления, рассмотреть поведение смоделированной системы и заполнить соответствующую таблицу.
Таблица 1 Данные компьютерного моделирования системы
2. По результатам выполненного задания сделать соответствующие выводы по изменению количества периодов в зависимости от выходной частоты и промежуточной частоты преобразователя.
Список используемой литературы
1. Черных И.В. SIMULINK - среда создания инженерных приложений / Под общ. ред. к.т.н. В.Г. Потемкина. — М.: ДИАЛОГ -МИФИ, 2003.-496 с.
2. Герман - Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: Учебное пособие. — СПб.: КОРОНА принт, 2001.-320с.
3. Герман - Галкин С.Г. Силовая электроника: Лабораторные работы на ПК. - СПб.: КОРОНА принт, 2002. - 304 с.
Содержание
Стр.
Введение. 3
Лабораторная работа №1 "Исследование однополупериодного однофазного выпрямителя" 4
Лабораторная работа №2 "Исследование
мостового однофазного выпрямителя" 11
4. Лабораторная работа №3 "Исследование
трехфазного однополупериодного выпрямителя" 14
5. Лабораторная работа № 4 "Исследование
трехфазного мостового выпрямителя" 19
6. Лабораторная работа №5 "Исследование
трехфазного мостового управляемого выпрямителя" 23
7. Лабораторная работа №6 "Исследование
однофазного инвертора с широтно-импульсной модуляцией" 28
Лабораторная работа №7 "Исследование широтно-импульсного преобразователя постоянного тока" 33
Лабораторная работа №8 "Исследование трехфазного
инвертора с широтно-импульсной модуляцией" 36
10. Список используемой литературы 41