Введение к работе
Актуальность темы. Область применения д'строаетв преобразователь-нов техники постоянно расширяете^ благодаря возрастающим Потребностям в преобразовании электрической энергии в наиболее .рациоЕЗШшв для пользователя вид и форму, совершенствованию элементной базы преобразователей и систем управления ими, совершенствованию методов преобразования. Однако, в ряде случаев преобразователи не отвечают требованиям к качеству электроэнергии как на их выходе так и потребляемой из питающей сети.
Поскольку вентили преобразователей работают в импульсном режиме, в спектре выходного напряжения присутствуют высшие гармони-' ческие составляющие. Решение задгчи повышения качества злектро-зварі>м, потребляемой нагрузкок, идет как путем совершенствования .силовой: части преобразователей;, так и путем синтеза систем управ-, ления имИс реализующих такие закону переключения вентилей, при-которых улучшается качество электроэнергии. Первое направление включает, в частности, разработку трансформаторно-ключёвых исполнительных структур, компенсацию реактивная мощности и т. -д.
Вопросы, касающиеся законов управления вентилями, обеспечивающих соответствие качестве электроэнергии заданному критерию (минимизации коэффициента гармоник, снижению амплитуд гармоник, ближайших к основной и т... д..ь чаще всего исследованы для стгтических режимов или же разомкнутых систем. В замкнутых системах преобразовательной техники, сохранение заданного закона ^-правления вентилями целесообразно только в установившемся режи-ч.с если диапазон регулирования напряжения- но является широким.
3 переходаых режимах работы, э тагаю при широком диапазоне регулирования необходимо обеспечить другие законы управления, которые, позволяют уменьшить длительность переходных процессов или обеспечивают благоприятные.энергетические характеристики. При этом необходимо -использовать адаптивные- или программно-управляемые вентильные преобразователи, имеющие переменную структуру системы управления. Закон, управления,, оптимизирующий показатели энергетики к динамики, можно реализовать, а помощь» либо спектрально- корреляционной: обработки сигналов, либо модели системы.
Построение систем'управления о моделью в последние года упростилось в связи с иироким распространением быстродействующих микропроцессоров, позволяющих обрабатывать сигналы частотой сотни Герц по сложным закопай, поддерживая при этом обмен информацией а различными частями системы. Броцеса регулирования сводигеп к
обработке ошибки, считыаанио из ПЗУ заране рассчитанных значений управляющих воздействия и передачо их на вентили преобразователя. Наилучшим спектральным составом обладает выходное напряжение, сформированное с поновею амплигудно-импульеноя модуляции и много-зонной импульсной модуляции. Однако, в ряда практических задач ставится требований использования одного источника питания, что приводит к необходимости применения широтно- импульсная модуляции <ШЙМ> при формировании выходного напряжения. Существующие разновидности ИГОМ либо имеют значительную долю низкочастотных гармоник в выходной спектре в установившихся и переходных режимах работы, либо, обеспечивая улучшенный гармоничэскиа состав выходного напряжения, но поддаются практической реализации.
Таким образок, одно из перспективных направлении создания замкнутых систем электропитания, оптимальных по энергетическим к динамическим характеристикам, связано с разработкой оиотем управления автономными инверторами напряжения', реализующих методы ЕИМ и обеспечивающих улучшенный спектральный состав. выходного напряжения и тока нагрузки путём использования соответствующих законов управления вентилями. .
Работа прййэводалаоь' в рамках ряда хоздоговорных -тем,-, выполнявшихся Северо-Кавказским горкометаллургическкм институтом " и Черниговским технологическим институтом го заказу КЖО "Маяк" в IS88-I99Q г. г., а также а соответствии с п. 1.9.2.2.1.2.9 координационного плана научных работ по комплексной проблеме "Научные основы электроэнергетики"г на .основании которого Чериговокому технологическому институту поручено разработать метода и средства управления качеством внергетичеоких и динамических характеристик полупроводниковых преобразователей. Целью настоящей работы является решение задачи улучшения качества выходного напряжения АИН в замкнутых системах электропитания в переходных и установившихся режимах.
Поставленная цель потребовала решения следующих задач:
разработки и исследования метода ШИМ, позволяющего улучшить гармонический состав выходного напряжения АИН,
определения законов управления вентилями АИН; обеспечивающих улучшенный спектр его выходного напряжения при отработке ошибки в процессе регулирования,
разработки опособов реализации такого вида ШИМ и алгоритмов его использования в замкнутых оистемах электропитания,
разработки и исследования методов улучшения спектра выходного напряжения АИН а переходных режимах работы замкнутых систем.
- о -
г практической реализации систем управления АИН, реализующих предложенные метода, их исследования и внедрения в системах электропитания для точных электроприводе?.
Методы исследования. При анализе напрушения и тока нагрузки в переходных и установившихся режимзх использовалось непрерывное преобразование Лапласа, решение систе» трзясцендонтных уравнения производилось численными методами- при анализе спектров сигналов применялась теория рядов и гармонический анализ в базисах Оурье и Уолша; синтез модулирующих функция проводился с использованием матричного исчисления; зксрчрккенталышо исследования по проверке теоретических положения выполнены'на лабораторном-сбрззце. Научная новизна,'
I. Предложен для использования новыа вид широтно-импульсноя
модуляции с улучшенным гармоническим составом. Анализ показателей
качества выходного напряжения ЛИН и тока нагрузки показал
преда-Тдаство предложенная специальной ШШ перед используемыми в
настоящее время» . '
2j Синтезированы" модулирующие функции и рзесчитаны регулировочные характеристики систему, управления AJffl с использованием данной ШИК; для них рассчитаны коэффициенты аппроксимации. 3', Предложен метод улучшения гармонического состава выходного напряжения АИН и тс;<э нагрузки в переходных режимах на основе цифровой фильтращх сигнала ошибки; проведен анализ показателей качества для предложенного ?*этода я' анализ влияния. на них пульсация напряжения питания. ' Практическая ценность.
-
Разработаны структурные схоны устройств, реализующих законы управления вентилями АИН по предложенной йШ, предложен алгоритм их функционирования.
-
Разработаны структурные схемы устройств, позволяющих улучшать спектр выходного напряжения ЛИН в переходных'режимах рзботы.
-
Нэ основе разработанных структурних схем созданы замкнутые системы электропитания, обладающие улучшенными энергетическими показателями, лабораторные исследования' которых показали правильность теоретических положения.
На защиту выносятся:
- новыа вид ШИЛ, позволяющая сформировать выходное напряжение АИН
с улучшенным спектральным составом;
- методика рэоч&та коэффициентов аппроксимации различных видов
модулирующих функций, позволяющих сформировать указанную ШИМ;
- метод улучшения гармонического ооотава выходного напряжения АИН
„ 6 -
в замкнутых системах на основа цифровой фильтрации сигнала ошибки в переходных режимах работы;
- структурные и принципиальные схемы устройств, улучшающих энергетические показатели замкнутых систем электропитания с (Щ в переходных и установившихся режимах, а также программное обеспечение приведенных микропроцессорных систем. Реализация результатов работы. Результаты исследовании были использованы при проектировании и создании систем электропитания для прецизионных .электроприводов, входящих в состав аппаратов точной магнитной записи, питающихся от сети сорзыеримой мощности,, на КНПО "Маяк", г. Киев, Реальный ' экономический эффект от внедрения составляет 100 тыс рублей в годЕ а ожидаемый экономический эффект - 150 тыс. рублей в ценах'1990 г. Доля автора от внедрения составляет, соответственно, 25 и 30 тыс. рублей. Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на iv и v Всесоюзных научно-технических конференциях "Проблемы преобразовательной техники" (г. Чернигов 1987 г., 1990 г.-)*. на 11-ой и 13-оа отраслевых научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов "Метода и сродства записи и воспроизведения сигналов в системах передачи и обработки информации" (г, Киев, КНПО "Маяк", 1888 г, t 1690 г.); нэ 4-оя Республиканской школе-семинаре молодых ученых и специалистов "Преобразование параметров электрической энергии в энергетических и технологических установках" (г. Алушта, 1989 г.); на научно-методическом совете по специальности "Промышленная электроника" при MB и ССО СССР <г. Чернигов, 1991 г.)-. на семинаре "Методы и средства управления качеством энергетических и динамических характеристик полупроводниковых преобразователей" научного совета АН Украины по комплексной проблеме "Научные основы электроэнергетики" <г. Чернигов, 1888-1892 г. г.). Публикации, По результатам выполненых исследований опубликованы 10 статей и тезисов докладов, 2 научно-технических отчета, получены 2 авторских свидетельства СССР.
Структура и обЪем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 98 'страницах машинописного текста, содержит Б5 рисунков, 13 таблиц, список литературы из 93 наименований и приложения,
