Введение
1 Обзор существующих решений 13
1.1 Обзор авиационных систем генерирования электроэнергии 13
1.2 Обзор аэродромных преобразователей частоты 16
1.2.1 Аэродромные ПЧ фирмы Hobart Ground Power 16
1.2.2 Аэродромные ПЧ фирмы AXA Power 18
1.2.3 Меры по оптимизации конструкции преобразователя частоты 19
1.3 Выводы по главе 22
2 Анализ вариантов и выбор топологии силового преобразователя 23
2.1 Тип генератора 24
2.2 Инвертор для трехфазной сети без нулевого провода 26
2.3 Инвертор с формирующим нейтраль трансформатором 28
2.4 Инвертор с искусственной нулевой точкой 29
2.5 Инвертор с искусственной нулевой точкой и двумя секциями генератора 30
2.5.1 Алгоритм управления ключами инвертора с искусственной нулевой точкой 31
2.5.2 Учет «мертвого времени» в инверторах с искусственной нулевой точкой 33
2.6 Силовой преобразователь с общим звеном постоянного тока и тремя фазными мостовыми инверторами 35
2.7 Силовой преобразователь с тремя фазными инверторами и гальванически развязанными звеньями постоянного тока 37
2.7.1 Управление инвертором во втором импульсном режиме с использованием одного канала ШИМ-генератора на фазу 41
2.7.2 Возможности реализации и влияние «мертвого времени» при «диагональном» управлении ключами 42
2.7.3 Управление инвертором в первом импульсном режиме с авто-удвоением частоты модуляции выходного напряжения 43
2.7.4 Учет влияния «мертвого времени» при управлении с авто-удвоением частоты модуляции выходного напряжения 45
2.7.5 Согласование входных и выходных напряжений инвертора напряжения 48
2.7.6 Алгоритм автоматической стабилизации выходного напряжения при изменении входного напряжения инвертора 49
2.7.7 Выбор алгоритма управления контуром возбуждения генератора. Стратегия поддержания неизменного входного напряжения инвертора . 49
2.8 Силовой преобразователь на базе многоуровневого инвертора напряжения 50
2.8.1 Возможные состояния инвертора 53
2.8.2 Стратегия управления в первом импульсном режиме 55
2.8.3 Основные преимущества и недостатки 56
2.9 Силовой преобразователь матричного типа 57
2.9.1 Базовая структура силовой части 57
2.9.2 Возможные алгоритмы управления 59
2.9.3 Основные преимущества и недостатки 62
2.10 Выводы по главе 63
3 Разработка компьютерных моделей для перспективных структур силового преобразователя. Анализ вариантов и выбор оптимальной структуры системыуправления 64
3.1 Требования к качеству электроэнергии 64
3.1.1 Определение показателей качества системы регулирования 64
3.1.2 Параметры модели преобразователя 66
3.2 Разработка и анализ компьютерной модели инвертора на базе трех мостовых преобразователей 66
3.2.1 Выбор структуры системы регулирования 67
3.2.1.1 Система подчиненного регулирования 67
3.2.1.2 Структура с релейным регулятором напряжения 71
3.2.1.3 Разомкнутая система регулирования 73
3.2.2 Проверка качества работы системы управления, уточнение модели 79
3.2.2.1 Модель с экстраполятором нулевого порядка в качестве инвертора 79
3.2.2.2 Модель с широтно-импульсной модуляцией 88
3.2.2.3 Модель с элементами SimPowerSystem 94
3.2.3 Компенсация «мертвого времени» по данным измерения напряжения на предыдущем периоде ШИМ 109
3.3 Разработка и анализ компьютерной модели на базе многоуровневого инвертора 114
3.4 Выбор результирующей схемы системы управления и силовой части 122
3.4.1 Массогабаритные показатели различных топологий силовой части 122
3.4.2 Преимущества и недостатки рассмотренных топологий. Выбор оптимального варианта топологии 124
3.5 Конструкция генератора для выбранной топологии преобразователя 126
3.6 Моделирование преобразователя мощностью 150 кВА под нагрузкой 130
3.7 Компенсация гармонических искажений в инверторах с синусным фильтром 137
3.8 Выводы по главе 141
4 Построение аппаратной части системы управления. Выбор типа микроконтроллера. Разработка функциональной схемы контроллера и его подключения к силовым ключам идатчикам 143
4.1 Основные технические характеристики выбранного микроконтроллера 143
4.2 Разработка схемы подключения контроллера к силовым ключам инвертора и датчикам 144
4.2.1 Подключение силовых транзисторов к ШИМ-выходам контроллера 144
4.2.2 Подключение датчиков к аналоговым входам контроллера 148
4.3 Выводы по главе 151
5 Программная реализация системы управления и ее испытания в составе макетного образца преобразователя 153
5.1 Реализация ядра системы управления 153
5.1.1 Оптимизация программного кода ядра системы управления 155
5.2 Испытания макетного образца преобразователя частоты 158
5.2.1 Наладка и настройка алгоритма подавления гармоник 158
5.2.2 Проверка показателей качества регулирования 165
5.3 Модификация системы управления с использованием алгоритма самообучения для компенсации гармонических искажений 168
5.3.1 Упреждающая (последовательная) коррекция 171
5.3.2 Параллельная коррекция объекта обучения в ВЧ области 176
5.3.3 Проверка показателей качества самообучающейся системы регулирования на модели 182
5.4 Выводы по главе 188
Заключение 189 Библиографический список 191
Приложение 194
Акт внедрения 194
