Реалізація блока просторово-векторної широтно-імпульсної модуляції для суднових високошвидкісних приводів

Abstract

В роботі проаналізовано типову модель високошвидкісних суднових електроприводів, а також розглянуті питання застосування просторово-векторної широтно-імпульсної модуляції (ПВШІМ) для керування роботою інвертора для високошвидкісних приводів. В даний час найбільш ефективними методом управління напівпровідниковими перетворювачами є широтно-імпульсна модуляція (ШІМ). Застосування ШІМ є прагненням до підвищення коефіцієнту корисної дії при управлінні електроприводами. ШІМ широко реалізована в автомобільних та суднових інверторах, в зарядних пристроях і таке інше. Основною проблемою в подібних системах є питання якості та ефективності процесу векторного регулювання, які майже повністю залежать від швидкодії цифрової системи керування. Традиційні методи ШІМ засновані на порівнянні сигналу завдання із сигналом лінійної розгортки у результаті чого в обмотках синхронного двигуна (СД) формується послідовність прямокутних імпульсів, скважність яких змінювалася відповідно до сигналу завдання. Однак через вплив електромагнітних процесів (насамперед ЕРС обертання) характер зміни струмів в обмотках не має однозначного зв'язку із законом зміни сигналу керування та сильно залежить від режиму роботи синхронного двигуна. Завдяки використанню просторово-векторної широтно-імпульсної модуляції, яка забезпечує більш плавне керування напругою і струмом, що дозволяє точніше регулювати швидкість двигуна. Це особливо важливо в системах з високими вимогами до стабільності швидкості. У високоточних промислових приводах просторово-векторна широтно-імпульсна модуляція може забезпечити стабільність швидкості з відхиленням не більше 2–3%. У приводах з підтримкою відношення U/f важливо зберігати постійне співвідношення між напругою і частотою для забезпечення стабільної роботи двигуна. Просторово-векторна широтно-імпульсна модуляція дозволяє краще підтримувати це співвідношення завдяки плавному регулюванню напруги, що знижує відхилення до 2–5%. Це особливо важливо для великих і високошвидкісних суднових електроприводів. The paper analyzes a typical model of high-speed marine electric drives, as well as considers the application of space-vector pulse width modulation (SPWM) to control the operation of the inverter for high-speed drives. Currently, the most effective method of controlling semiconductor converters is pulse width modulation (PWM). The use of PWM is a desire to increase the efficiency when building secondary power sources for electronic equipment and other nodes. PWM is widely implemented in automotive and marine inverters, chargers, and so on. The main problem in such systems is the quality and efficiency of the vector control process, which are almost completely dependent on the speed of the digital control system. Traditional PWM methods are based on the comparison of the task signal with the linear sweep signal, as a result of which a sequence of rectangular pulses is formed in the windings of the synchronous motor (SD), the duty cycle of which changes according to the task signal. However, due to the influence of electromagnetic processes (primarily the EMF of rotation), the nature of the change in the currents in the windings does not have an unequivocal relationship with the law of the change of the control signal and strongly depends on the mode of operation of the synchronous motor. Thanks to the use of space-vector pulse-width modulation, which provides smoother control of voltage and current, which allows more precise regulation of motor speed. This is especially important in systems with high requirements for speed stability. In high-precision industrial drives, space-vector pulse width modulation can ensure speed stability with a deviation of no more than 2–3%. In drives with U/f ratio support, it is important to maintain a constant ratio between voltage and frequency to ensure stable motor operation. Spatial-vector pulse-width modulation allows you to better maintain this ratio thanks to smooth voltage regulation, which reduces the deviation to 2–5%. This is especially important for large and high-speed marine electric drives.