ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 6
1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ РАЗРАБОТОК В ОБЛАСТИ
АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ............................................ 11
1.1 Архитектура современных автоматизированных электроприводов ............. 11
1.2 Алгоритмы модуляции в импульсных полупроводниковых
преобразователях автоматизированных электроприводов переменного тока........ 19
1.2.1 Однократная модуляция............................................................................ 20
1.2.1.1 Режим проводимости при 120-градусном управлении..................... 22
1.2.1.2 Режим проводимости при 180-градусном управлении..................... 25
1.2.1.3 Режим проводимости при 150-градусном управлении..................... 28
1.2.2 Синусоидальная широтно-импульсная модуляция ................................. 31
1.2.3 Односторонняя и двухсторонняя синусоидальная ШИМ ....................... 32
1.2.4 Однополярная и двухполярная синусоидальная ШИМ .......................... 34
1.2.5 Синусоидальная ШИМ в режиме перемодуляции .................................. 38
1.2.6 Синусоидальная ШИМ с добавлением третьей гармоники .................... 40
1.3 Сравнительный анализ потерь мощности при использовании различных
алгоритмов модуляции........................................................................................... 43
1.4 Выводы.............................................................................................................. 45
2 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА С
ЧАСТОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ...................................................... 46
2.1 Функциональная схема системы электропривода постоянного тока с
частотно-импульсной модуляцией........................................................................ 46
2.2 Структура замкнутой системы электропривода постоянного тока с частотноимпульсной модуляцией …. .................................................................................. 51
3
2.2.1 Математическая модель понижающего преобразователя постоянного
тока с частотно-импульсной модуляцией …. ................................................... 52
2.2.2 Передаточная функция понижающего преобразователя постоянного
тока c частотно-импульсной модуляцией …. ................................................... 54
2.2.3 Математическая модель двигателя постоянного тока независимого
возбуждения …................................................................................................... 56
2.2.4 Структурная модель электропривода постоянного тока с частотноимпульсной модуляцией…................................................................................ 59
2.3 Имитационные модели систем управления электропривода постоянного
тока с импульсным управлением .......................................................................... 61
2.3.1 Имитационная модель автоматизированного электропривода
постоянного тока с широтно-импульсной модуляцией ….............................. 61
2.3.2 Имитационная модель автоматизированного электропривода
постоянного тока с частотно-импульсной модуляцией ................................... 64
2.4 Выводы.............................................................................................................. 67
3 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С
ЧАСТОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ...................................................... 68
3.1 Общее понятие о синусоидальной частотно-импульсной модуляции в
АИН………............................................................................................................. 68
3.2 Разработка математической модели синусоидальной частотно-импульсной
модуляции............................................................................................................... 69
3.3 Имитационное моделирование однофазного АИН с ЧИМ ............................ 73
3.4 Модели замкнутой системы скалярного управления скоростью электропривода переменного тока с ЧИМ ........................................................................ 78
3.5 Разработка имитационной модели синусоидальной частотно-импульсной
модуляции............................................................................................................... 82
4
3.6 Имитационное моделирование трехфазного двухуровневого АИН с
ЧИМ………………………………………………………………………………....87
3.7 Имитационное моделирование электропривода переменного тока с
ЧИМ...…………………………………………………………………………….....89
3.8 Выводы ..................................................................................................... ……93
4 МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПОТЕРЬ МОШНОСТИ В ИМПУЛЬСНЫХ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ ............................................. 94
4.1 Структура потерь в импульсных полупроводниковых преобразователях.... 94
4.2 Энергетические характеристики IGBT-транзисторов .................................... 95
4.3 Потери в модуле IGBT-транзистора................................................................ 97
4.3.1 Статические потери в модуле IGBT-транзистора …............................... 98
4.3.2 Динамические потери в модуле IGBT-транзистора …............................ 99
4.3.3 Статические потери в обратном диоде ….............................................. 100
4.3.4 Потери восстановления в обратном диоде …........................................ 100
4.4 Разработка методики расчета потерь мощности в силовых
полупроводниковых ключах…............................................................................ 101
4.5 Верификация методики расчета потерь мощности ...................................... 111
4.6 Алгоритм расчета потерь мощности в импульсных полупроводниковых
преобразователях ................................................................................................. 114
4.7 Аппроксимация энергетических характеристик IGBT-транзисторов с учетом воздействия температуры ............................................................................. 115
4.8 Исследование влияния температуры IGBT-модуля на потери мощности .. 122
4.9 Выводы............................................................................................................ 125
5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ............... 127
5.1 Экспериментальные исследования схемы преобразователя постоянного
5
напряжения........................................................................................................... 127
5.2 Сравнение энергетических показателей импульсных преобразователей
постоянного тока по результатам имитационного компьютерного
моделирования ..................................................................................................... 134
5.3 Экспериментальные исследования схемы преобразователя переменного
напряжения …...................................................................................................... 140
5.4 Сравнение энергетической эффективности схем автономных инверторов
напряжения с синусоидальной широтно-импульсной и частотно-импульсной
модуляцией………………………………………………………………………...149
5.5 Выводы………………………………………………………………………...153
ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................................................ 154
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ...................................................................................... 156
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................ 157
ПРИЛОЖЕНИЕ А.................................................................................................... 172
ПРИЛОЖЕНИЕ Б..................................................................................................... 173
ПРИЛОЖЕНИЕ В .................................................................................................... 174
ПРИЛОЖЕНИЕ Г..................................................................................................... 183
ПРИЛОЖЕНИЕ Д .................................................................................................... 187
