Моделирования автономного инверторного напряжения (АИН) - Исследование импульсного регулирования асинхронного двигателя электроподвижного состава

При широтно-импульсной модуляции (ШИМ) последовательность и моменты переключения ключей трехфазного мостового инвертора, определяются равенством мгновенных напряжений задающей и несущей частот (рис.1). Под напряжением задающей частоты понимается трехфазное синусоидальное напряжение, частота которого равна выходной частоте инвертора FВых А напряжение несущей частоты FH имеет пилообразную форму. Отношение амплитуд задающего и пилообразного напряжений называется коэффициентом модуляции кМ. При к"<10 автономный инвертор напряжения (АИН) работает в режиме ШИМ.

Комбинации открытых (1) и закрытых (0) ключей АИН при 180° управлении приведены в табл. 1. Эти комбинации можно представить в виде двоичных кодов, которым соответствуют десятичные числа. Эти числа для всех 60° зон оказываются кратными числу 7=22+21+2°. Для более компактной записи разделим эти десятичные числа на 7 и полученные величины будем называть десятичными кодами.

Для исключения возможности короткого замыкания на входе инвертора при его работе необходимы межкоммутационные паузы, когда открыты только два полупроводниковых прибора. Для этого необходимо открывать очередной ключ с задержкой 5-10мкс, после запирания предыдущего.

осциллограммы трехфазного задающего напряжения частотой 50 гц

Рис. 4.1. Осциллограммы трехфазного задающего напряжения частотой 50 Гц (а, б, с), напряжений на ключах АИН (1(4), 3(6), 5(2)), фазных (UA UB UC) и линейных (UAb UAc UCa ) напряжений АИН при несущей частоте FН = 1200 Гц коэффициенте модуляции KМ = 1

В алгоритме управления ШИМ для создания пауз дополнительно используются еще два состояния. Открытию всех нечетных ключей инвертора соответствует двоичный код 010101 или десятичное число 21=16+4+1. Открытию всех четных ключей соответствует двоичный код 101010 или десятичное число 42=32+8+2. При делении этих чисел на 7 получаем соответственно десятичные коды 3 и 6.

Таблица 4.1 Порядок работы ключей АИН при 180° алгоритме управления

ШИМ реализуется чередованием комбинаций открытых ключей, которое можно обозначить последовательностью десятичных кодов 3 a b 6 b a, 3 a b 6 b a... . Значения переменных а и b изменяются в каждой 60° зоне в соответствии с рис.4.2. Количество комбинаций 3 a b 6 b а в пределах каждой 60° зоны определяется отношением несущей и выходной частот.

временная диаграмма для шим

Рис. 4.2 Временная диаграмма для ШИМ

На рис.4.3 показана блок схема реализации предложенного программного способа формирования ШИМ.

блок-схема выполнения программы для алгоритма управления широтно-импульсной модуляцией

Рис. 4.3 Блок-схема выполнения программы для алгоритма управления широтно-импульсной модуляцией.

В начале алгоритма задаются значения: текущей выходной частоты инвертора fBbIX, максимальной выходной частоты - fBbIX(max), кратности несущей и выходной частот - , количество периодов выходной частоты, проходящих при неизменной кратности частот, начальные значения переменных а=7 и Ь=8, определяющие состояние ключевых элементов в первые 30°.

Выражения min(fВых) и max(fВых) являются уравнениями прямых, ограничивающих значения несущей частоты, где Xi и х2 Коэффициенты, определенные заранее по условиям пуска асинхронного привода, заложенных в алгоритм в виде готовых значений. На рис.4.4 показан пример данной зависимости.

Проверяется условие, что полученное значение несущей частоты находится в интервале между min и max. Если FH выходит за ограничения, то кратность уменьшается на шесть (е = Ј-6) и цикл повторяется до тех пор, пока значение несущей частоты не попадет в требуемый интервал.

Если FH находится в этом интервале, то определяется количество периодов несущей частоты, приходящихся на 60° выходной частоты - п=е/6. По результатам определения количества периодов принимается решение о работе алгоритма управления с четным или нечетным ШИМ.

Для формирования последовательности импульсов управления используется 29 подпрограмм, которые выводят в порт микроконтроллера определенную последовательность импульсов. Подпрограммы №0 и №1 выводят в порт соответственно последовательности 6,а, b и 3,а, b, при этом в качестве переменных а и b выводятся значения, присвоенные им в данный момент. Все остальные подпрограммы выводят в порт последовательность 3,a, b,6,b, a определенное количество раз.

график зависимости несущей частоты от выходной, с ограничением возможных значений несущей частоты

Рис.4.4 График зависимости несущей частоты от выходной, с ограничением возможных значений несущей частоты.

Для обращения к подпрограммам используется ссылка с возвратом. Для четного ШИМ с целью обращения к разным подпрограммам используются переменные n и m. При этом ссылка производится на ту подпрограмму, номер которой в данный момент равен переменным n или m.

Сначала выполняется подпрограмма №0, затем подпрограмма с номером, которому в данный момент равна переменная п, затем выполняется подпрограмма №1. После этого алгоритм возвращается на тот же шаг, с которого была выполнена ссылка. В моменты выполнения подпрограмм формируются сигналы управления ключами АИН.

Разработанный способ программного формирования алгоритма управления ШИМ, с учетом межкоммутационных пауз, заменяет традиционное формирование алгоритмов управления ШИМ аналоговым или табличным способом, а также позволяет уменьшить объем памяти, занимаемый программой управления и увеличить скорость ее выполнения.

При переходе из одной зоны в другую последовательность операций остается неизменной, что позволяет упростить программную реализацию и тем самым повысить надежность и быстродействие систем управления АИН.

Похожие статьи




Моделирования автономного инверторного напряжения (АИН) - Исследование импульсного регулирования асинхронного двигателя электроподвижного состава

Предыдущая | Следующая