Кодифікована широтно-імпульсна модуляція сигналів регульованих автономних інверторів напруги

А.с. 1734179 СССР, МКИ Н 02 М 7/48. Способ управления трех-фазным регулируемым вентильным преобразователем / В.И.Олещук (СССР). - N 4784845/07; Заявл.25.12.89; Опубл.15.05.92, Бюл.N18. - 8 с.

А.с. 1721760 СССР, МКИ Н 02 М 7/48. Способ управления трех-фазным регулируемым мостовым преобразователем / В.И.Олещук (СССР). - N 4814425/07; Заявл.27.02.90; Опубл.23.03.92, Бюл.N11. - 9 с.

А.с. 1697252 СССР,МКИ Н 02 Р 7/42. Асинхронный электропривод/ В.И.Олещук (СССР).-N 4699104; Заявл.31.05.89; Опубл.07.12.91,Бюл.N45.-7с.

А.с.1686665 СССР, МКИ Н 02 М 7/48. Способ управления трехфаз-ным вентильным преобразователем для электропривода / В.И.Олещук (СССР). - N 4643843/07; Заявл.30.12.88; Опубл.23.10.91, Бюл.N39. - 6 с.

А.с. 1686664 СССР, МКИ Н 02 М 7/48. Способ управления трех-фазным автономным инвертором / В.И.Олещук (СССР). - N 4610434/07; Заявл. 30.11.88; Опубл.23.10.91, Бюл.N39. - 7 с.

А.с. 1684890 СССР, МКИ Н 02 М 7/48. Способ управления трех-фазным регулируемым преобразователем / В.И.Олещук (СССР). - N 4610767/ 07; Заявл.30.11.88; Опубл.15.10.91, Бюл.N38. - 7 с.

А.с. 1638780 СССР, МКИ Н 02 М 7/48. Способ управления трех-фазным регулируемым мостовым преобразователем / В.И.Олещук (СССР). - N 4498995/07; Заявл.28.09.88; Опубл.30.03.91, Бюл.N12. - 5 с.

А.с. 1607070 СССР, МКИ Н 02 Р 7/42. Частотно-регулируемый элек-тропривод / Ю.А.Дмитренко, В.И.Олещук, Ф.Ф.Чуру (СССР). - N 4629081/24-07; Заявл.30.12.88; Опубл.15.11.90, Бюл.N42. - 5 с.

А.с. 1577027 СССР, МКИ Н 02 М 7/48. Способ управления регули-руемым мостовым инвертором / В.И.Олещук (СССР). - N 4487523/24-07; За-явл. 28.09.88; Опубл.07.07.90, Бюл.N25. - 8 с.

А.с. 1554094 СССР, МКИ Н 02 М 7/48. Способ управления трех-фазным регулируемым мостовым инвертором / В.И.Олещук (СССР). - N 4369557/24-07; Заявл.01.02.88; Опубл.30.03.90, Бюл.N12. - 7 с.

А.с. 1492434 СССР, МКИ Н 02 М 7/48. Способ управления трех-фазным регулируемым мостовым инвертором / В.И.Олещук, Ю.А.Дмитренко, Б.Е.Калашников, Ф.Ф.Чуру (СССР). - N 4274155/24-07; Заявл.01.07.87; Опубл. 07.07.89, Бюл.N25. - 11 с.

Олещук В.И., Липковский К.А. Регулирование выходных парамет-ров автономных инверторов напряжения с переменной выходной частотой. -Киев, 1985. - 44 с. (Препр./АН Украины. Ин-т электродинамики, N422).

Чалый Г.В., Олещук В.И. Системы управления автономными инвер-торами напряжения квазимодуляционного типа. - Киев,1985. - 53 с. (Препр./АН Украины. Ин-т электродинамики, N421).

АНОТАЦІЇ

Олещук В.І. Кодифікована широтно-імпульсна модуляція сигналів регульованих автономних інверторів напруги. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.12 - напівпровідникові перетворювачі електроенергії. - Інститут електродинаміки НАН України, Київ, 1999.

У дисертації містяться основні теоретичні положення кодифікованої модуляції сигналів інверторів напруги як нового напрямку в області імпульсної модуляції, що вирішує наукову проблему створення універсальної синхронної обчислювально ефективної цифрової широтно-імпульсної модуляції, яка базується на прямому синтезі вихідної напруги інвертора шляхом кодификації (ідентифікації) параметрів сигналів у функції вихідної частоти, що забезпечує плавне та безударне регулювання напруги при підвищеній швидкодії алгоритмів керування, висока ефективність яких обгрунтована теоретично і доведена практично. Розроблено універсальне програмне забезпечення для ПЕОМ, призначене для моделювання систем з кодифікованою ШІМ, результати роботи знайшли застосування при проектуванні перетворювачів з покращеними характеристиками.

Ключові слова: інвертор напруги, імпульсна цифрова модуляція, алгоритми керування, алгебраїчні залежності.

Oleschuk V. Coding Pulsewidth Modulation for Controlled Voltage-Source Inverters. - Manuscript.

Thesis for a doctor's degree by speciality 05.09.12 - semiconductor power converters. - The Institute of Electrodynamics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 1999.

Dissertation describes methodology of coding pulsewidth modulation for power inverters, which is a new direction in theory of digital modulation, solving scientific problem of creation of universal synchronous computationally effective, based on algebraic correlations, digital pulsewidth modulation. It is based on continuous coding (identification) of parameters of signals in the function of output frequency and provides smooth shockless variation of voltage with improved quickness of control algorithm which high effectiveness is stated theoretically and is reinforced practically. It has been elaborated universal software for modelling and simulation of these systems, the results of the work have found an industrial utility in design of new types of converters.

Key words: voltage source inverter, digital pulsewidth modulation, control algorithms, algebraic correlations.

Олещук В.И. Кодифицированная широтно-импульсная модуляция сигналов регулируемых автономных инверторов напряжения. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.09.12 - полупроводниковые преобразователи электроэнергии. - Институт электродинамики НАН Украины, Киев, 1999.

В диссертационной работе разработаны основные теоретические положения кодифицированной широтно-импульсной модуляции (ШИМ) сигналов регулируемых автономных инверторов напряжения (АИН) как нового направления в области импульсной цифровой модуляции, изложенные совокупностью новых понятий, правил, законов, алгоритмов и аналитических соотношений, описывающих модуляционные процессы в инверторных системах и обеспечивающих решение следующих проблем:

прямого, в замкнутой форме, в виде простых алгебраических уравнений, представления параметров выходного напряжения АИН, удобного для анализа, синтеза, оптимизации и цифровой реализации;

синхронного безударного регулирования формы выходного напряжения инвертора, в спектре которого на всем диапазоне регулирования отсутствуют четные и комбинационные гармоники и субгармоники;

обеспечения линейности регулировочной характеристики АИН на всем диапазоне управления, включая зону повышенных выходных частот, а также линейной коррекции законов ШИМ в функции питающего напряжения.

Предложен в качестве базового частотно-ориентированный подход к описанию параметров выходных импульсов АИН в их абсолютных величинах. Разработана двухступенчатая стратегия гибкой ШИМ выходного напряжения АИН, характеризующаяся такими новыми параметрами схемы модуляции, как аналитически определяемые граничные частоты между поддиапазонами управления и тактовые сигналы (импульсы и паузы), формируемые в тактовых точках периода выходной кривой. Общий алгоритм определения параметров модулированных сигналов АИН базируется в этом случае на квазискользящем принципе двухзонного регулирования с двумя опорными системами соотношений, при этом переход от одной системы к другой осуществляется на граничных частотах.

Разработан специализированный аналитический аппарат, описывающий процессы кодифицированной ШИМ в АИН, основанный на алгебраическом представлении параметров сигналов в абсолютных величинах в замкнутой форме. Получены новые для теории импульсной модуляции универсальные выражения, непосредственно связывающие между собой абсолютные значения модулированных сигналов и основных управляющего (выходная частота АИН) и возмущающего (флюктуация питающего напряжения) воздействий, в том числе в зоне повышенных выходных частот АИН. Предложены два базовых варианта линейной коррекции законов кодифицированной ШИМ при флюктуациях напряжения на входе АИН.

Разработана модифицированная разновидность кодифицированной ШИМ, характеризующаяся специальной модуляцией длительностей сигналов (пауз и импульсов), соседних с тактовым сигналом, обеспечивающей улучшение спектрального состава выходных напряжения и тока АИН. Выведены общие аналитические соотношения, описывающие в замкнутой форме процессы частотно-импульсной модуляции в АИН, близкой по своим свойствам к недетерминистическим разновидностям ШИМ.

Исследованы методы улучшения гармонического состава выходного напряжения АИН с кодифицированной ШИМ путем исключения и взаимокомпенсации амплитуд паразитных гармоник низкого порядка.

Разработаны и исследованы упрощенные векторные версии кодифицированной ШИМ трапецеидального вида с равной длительностью основных сигналов управления (активных состояний ключей АИН). Разработаны законы ШИМ на базе линейной и специальной кусочно-линейной аппроксимации функции продолжительностей активных состояний ключей трехфазных АИН от их временного положения, позволяющей распространить методологию в полном объеме на разновидности ШИМ улучшенного векторного типа. Предложена одноступенчатая схема кодифицированной широтно-импульсной модуляции с единственной системой управляющих соотношений, требующая меньшего примерно в два раза объема оперативной памяти системы управления.

Разработанная методология прямой цифровой модуляции сигналов характеризуется высоким уровнем общности и формализации, а также инвариантностью к виду основного управляющего воздействия, ее применение не ограничивается трехфазными АИН и может быть распространено на инверторные системы с любой фазностью цепей нагрузки, как с переменной, так и с постоянной частотой выходного напряжения.

Вычислительно эффективные алгоритмы кодифицированной ШИМ обеспечивают повышенную (в два и более раз) скорость и точность формирования сигналов цифровыми системами управления АИН. Созданная на базе основных теоретических положений гамма оригинальных режимных и аппаратных технических решений, защищенных авторскими свидетельствами СССР и патентами СССР и Российской Федерации, позволяет улучшить качество процессов преобразования параметров электрической энергии.

Разработано лицензированное универсальное программное обеспечение для моделирования систем с кодифицированной широтно-импульсной модуляцией, результаты моделирования подтвердили высокую эффективность разработанных алгоритмов ШИМ.

Тематика работы является составной частью ряда международных научно-исследовательских проектов и поддержана, в частности, двумя грантами Научного дивизиона НАТО, грантами Национального научного совета США и Европейской ассоциации по силовой электронике.

Результаты исследований нашли практическое применение на предприятиях Молдовы, России и Украины при проектировании преобразовательных устройств с улучшенными техническими характеристиками.

Ключевые слова: инвертор напряжения, импульсная цифровая модуляция, алгоритмы управления, алгебраические зависимости.

Размещено на Allbest.ru