PL227997B1 - Sposób sterowania i układ sterujacy trójfazowego trójgałeziowego falownika napiecia - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób sterowania i układ sterujący trójfazowego trójgałęziowego falownika napięcia, znajdujące zastosowanie zwłaszcza do falowników do zasilania trójfazowych napędów elektrycznych.

Trójfazowy, trójgałęziowy falownik napięcia jest przekształtnikiem energoelektronicznym wyk orzystywanym do przekształcania energii elektrycznej pobieranej ze źródła napięcia stałego w energię elektryczną wykorzystywaną przez trójfazowe, trójprzewodowe obciążenie o charakterze prądowym. Charakter prądowy obciążenia oznacza, że nie powinno się rozłączać przewodów zasilających odbiornik. Do przekształcania energii elektrycznej wykorzystywane są łączniki półprzewodnikowe połączone w topologię falownika. Przełączając odpowiednie fazy obciążenia do zacisków zasilających otrzymuje się przebiegi wyjściowych napięć fazowych o kształcie zależnym od realizowanego sposobu modulacji. Podstawowe strategie modulacji powodują, że napięcia fazowe mają kształt schodkowy, co prowadzi do przepływu przez obciążenie prądów fazowych o charakterze sinusoidalnym, zawierających dodatkowe składowe odkształcenia wynikające z częstotliwości łączeń. W większości przypadków (dla modulacji naturalnej oraz wektorowej) częstotliwość łączeń jest na tyle duża, że odkształcenia te są tłumione przez indukcyjność obciążenia w sposób na tyle skuteczny by stwierdzić sinus oidalność prądów fazowych odbiornika. Tylko w przypadku sinusoidalnych, trójfazowych prądów fazowych odbiornika trójprzewodowego trajektoria wektora przestrzennego prądów fazowych przybiera postać kołową.

Implikacją tego zjawiska w symetrycznych układach elektrycznych jest na przykład wytwarzanie kołowych pól elektromagnetycznych wykorzystywanych w napędach elektrycznych. Kołowa trajektoria prądów fazowych odbiornika jest funkcją celu wielu algorytmów sterowania i w sposób naturalny w ystępuje tylko w warunkach symetrii obciążenia i właściwej strategii modulacji. W rzeczywistości w obciążeniu mogą wystąpić różnego rodzaju asymetrie. Mogą to być asymetrie obciążenia liniowe, jak i nieliniowe. W wyniku zasilania symetrycznymi sinusoidalnymi napięciami fazowymi odbiornika as ymetrycznego, trajektoria wektora przestrzennego jego prądów fazowych odbiega od postaci kołowej, przybierając często postać odkształconej elipsy. W przypadku, gdy odbiornikiem jest silnik elektryczny asymetria może wywołać niepożądane zachowanie się części mechanicznej napędu. Mogą powstać wibracje, dodatkowe drgania lub sprzężenia o charakterze rezonansowym z układem elektrycznym. Trajektoria wektora przestrzennego prądów fazowych falownika może być zniekształcona w stosunku do jej postaci kołowej również w przypadku stosowania sposobu modulacji o małej częstotliwości łączeń w stosunku do wartości reaktancji indukcyjnej odbiornika. Wtedy tłumienie składowych odkształcenia ma niewystarczającą skuteczność. Dzieje się tak na przykład w przypadku sterowania półokresowego falownikiem napięcia. Odkształcenie trajektorii wektora przestrzennego prądów fazowych wywołuje wtedy dodatkowe, niepożądane zjawisko występowania zakłóceń akustycznych. Inną, częstą przyczyną zniekształcenia postaci kołowej trajektorii prądów fazowych falownika jest występowanie tętnień napięcia w obwodzie pośredniczącym, z którego zasilany jest odbiornik. Tętnienia te występują zwłaszcza w wyniku zasilania obciążenia trójfazowego ze źródła jednofazowego z wykorzystaniem obwodu pośredniczącego.

Dla uniknięcia wymienionych niedogodności opracowano rozwiązania według wynalazku, dot yczące sposobu sterowania i układu sterującego dla trójfazowego trójgałęziowego falownika napięcia.

Sposób sterowania trójfazowego trójgałęziowego falownika napięcia zasilanego ze źródła napięcia stałego, przy czym falownik jest w postaci przekształtnika energoelektronicznego, zawierającego trzy gałęzie półprzewodnikowych łączników mocy, kształtujących trzy wyjściowe napięcia fazowe, zasilające trójfazowe obciążenie o charakterze prądowym i powodujące przepływ przez obciążenie wyjściowych prądów fazowych, a sterowanie falownikiem odbywa się w poprzez układ sterujący, zawierający trójfazowy modulator, porównujący przebieg nośny z pierwszego generatora przebiegu nośnego z trójfazowymi napięciami modulującymi z drugiego generatora przebiegów modulujących i generujący trzy sygnały sterujące pracą łączników mocy w trzech gałęziach falownika, według wyn alazku charakteryzuje się tym, że koryguje się w czasie rzeczywistym amplitudę trzech napięć modulujących dla trzech faz obciążenia falownika, przy czym modulujące napięcia skorygowane dla zadanej trajektorii wektora przestrzennego wyjściowych prądów fazowych falownika uzyskuje się poprzez jednoczesne mnożenia chwilowych wartości napięć modulujących przez dynamiczny współczynnik k orekcyjny, który wyznacza się z pomiaru wartości chwilowych co najmniej dwóch prądów fazowych.

PL 227 997 B1

Korzystnie wartość dynamiczną współczynnika korekcyjnego uzyskuje się z chwilowej wartości uchybu trajektorii wektora przestrzennego prądów fazowych falownika, wyznaczonego w stosunku do zadanej wartości tego wektora przestrzennego. Dla wyznaczenia wartości współczynnika korekcyjnego mierzy się chwilowe wartości prądów fazowych falownika w trzech fazach obciążenia, po czym z prądów fazowych wyznacza się kwadrat długości wektora przestrzennego, a następnie wyznacza się uchyb rzeczywistej wartości kwadratu długości wektora przestrzennego jako różnicę w stosunku do jego stałej zadanej wartości równej kwadratowi promienia oczekiwanej trajektorii kołowej, zaś z uch ybu wyznacza się wartość współczynnika korekcyjnego.

Dalsze korzyści są uzyskiwane, jeśli po wyznaczeniu uchybu ogranicza się jego wartość do przedziału od zera do jedności albo od zera do półtora, którą przyjmuje się jako wartość współczynn ika korekcyjnego.

Układ sterujący trójfazowego trójgałęziowego falownika napięcia zasilanego ze źródła napięcia stałego, przy czym falownik jest w postaci przekształtnika energoelektronicznego, zawierającego trzy gałęzie półprzewodnikowych łączników mocy, kształtujących trzy wyjściowe napięcia fazowe, zasilające trójfazowe obciążenie o charakterze prądowym i powodujące przepływ przez obciążenie wyjściowych prądów fazowych, a układ sterujący falownika zawiera trójfazowy modulator, porównujący przebieg nośny z pierwszego generatora przebiegu nośnego z trójfazowymi napięciami modulującymi z drugiego generatora przebiegów modulujących i generujący trzy sygnały sterujące pracą łączników mocy w trzech gałęziach falownika, według wynalazku charakteryzuje się tym, że pomiędzy trójfazowym wyjściem napięć modulujących drugiego generatora i trójfazowym wejściem modulatora jest dołączony trójfazowy trzeci multiplikator połączony na wejściu poprzez trzeci sumator z co najmniej dwoma miernikami prądów fazowych obciążenia falownika i zadajnikiem wartości referencyjnej trajektorii wektora przestrzennego wyjściowych prądów fazowych falownika.

Korzystnie połączenie miernika pierwszego prądu fazowego obciążenia falownika z trzecim sumatorem jest poprzez pierwszy multiplikator i drugi sumator, zaś połączenie mierników dla drugiego i trzeciego prądu fazowego obciążenia falownika z trzecim sumatorem jest poprzez pierwszy sumator, drugi multiplikator i drugi sumator, zaś połączenie zadajnika z trzecim sumatorem jest poprzez czwarty multiplikator.

Dalsze korzyści uzyskuje się, jeżeli połączenie trzeciego sumatora z trzecim multiplikatorem jest poprzez ogranicznik.

Koncepcja nowego sposobu sterowania realizującego zdefiniowaną funkcję celu sprowadza się do wprowadzenia do algorytmu modulacji dodatkowej funkcji korygującej amplitudę trzech napięć modulujących dla trzech faz obciążenia. Z kolei korekcja amplitudy napięć modulujących sprowadza się do jednoczesnego mnożenia chwilowych wartości napięć modulujących przez współczynnik korekcyjny. Jednoczesne mnożenie wartości napięć modulujących przez współczynnik korekcyjny sprawia, że zmienia się skala trajektorii wektora przestrzennego wyjściowych napięć fazowych falownika. Zadana trajektoria wektora przestrzennego wyjściowych napięć fazowych falownika nie musi mieć postaci kołowej. Dla różnych stałych wartości współczynnika korekcyjnego zadana trajektoria wektora przestrzennego napięć fazowych falownika ma ten sam kształt tylko różną skalę. Odpowiednia zmiana współczynnika korekcyjnego sprawia, że zmiana skali trajektorii wektora przestrzennego napięć modulujących podąża za zmianami wektora przestrzennego wyjściowych prądów fazowych jednocześnie korygując uchyb trajektorii prądów fazowych w stosunku do referencyjnej trajektorii kołowej. Wartość współczynnika korekcyjnego uzyskuje się sprzętowo jako efekt obliczeń chwilowej wartości uchybu trajektorii wektora przestrzennego wyjściowych prądów fazowych falownika liczony w stosunku do wartości referencyjnej. W tym celu mierzy się bieżącą wartość wyjściowych prądów fazowych falown ika w trzech fazach obciążenia. Wystarczający jest pomiar tylko dwóch prądów fazowych ze względu na liniową zależność trzeciej wartości chwilowej prądu fazowego, wynikającą z prawa Kirchhoffa. Następnym krokiem obliczeń jest wyznaczenie różnicy wartości chwilowej prądów fazowych obciążenia w drugiej i trzeciej fazie, a następnie przeskalowanie jej poprzez podzielenie różnicy przez wartość pierwiastka kwadratowego z trzech. Powstała wartość jest równa składowej urojonej wektora przestrzennego wyjściowych prądów fazowych, podczas, gdy jego składowa rzeczywista jest równa wprost wartości chwilowej prądu w pierwszej fazie. Zakreślający trajektorię wektor przestrzenny prądów fazowych falownika ma moduł, który w przypadkach asymetrii i odkształceń zmienia się w czasie. Moduł ten jest równy klasycznej wartości długości wektora przestrzennego i może być obliczony jako pierwiastek kwadratowy z sumy kwadratu składowej rzeczywistej i kwadratu składowej urojonej. W algorytmie sterowania nie jest wymagana procedura wyznaczenia modułu wektora przestrzennego,

PL 227 997 B1 dlatego dla eliminacji zbędnych obliczeń do procesu korekty wykorzystano kwadrat długości wektora przestrzennego.

Następnie obliczany jest uchyb wartości kwadratu długości wektora przestrzennego wyjściowych prądów fazowych jako różnica pomiędzy wcześniej obliczoną wartością, a wartością referencyjną. Wartość referencyjna jest wartością stałą równą kwadratowi promienia oczekiwanej trajektorii kołowej wektora wyjściowych prądów fazowych falownika. Po wyznaczeniu uchybu następuje ogran iczenie jego wartości do przedziału z zakresu od zera do jedności. Wartości mniejsze od zera przyjm ują wartość równą zeru. Wartości większe od jedności przyjmują wartość jeden. To ograniczenie powoduje, że napięcia modulujące, które mają wartość maksymalną równą jedności nie sprowadzą falownika do stanu nadmodulacji. Zachowuje się w ten sposób maksymalne wzmocnienie falownika dla realizowanej strategii modulacji. Zastrzeżono możliwość zwiększenia ograniczenia górnego do wartości półtora w celu zwiększenia maksymalnego wzmocnienia falownika dla modulacji naturalnej. Wartość wyjściowa z przedziału od zera do jedności stanowi wartość współczynnika korekcyjnego, przez który przemnażane są wartości chwilowe napięć modulujących.

Cechą charakterystyczną przedstawionego sposobu sterowania dotyczącego w istocie korekcji wektora przestrzennego wyjściowych prądów fazowych jest kontrola trajektorii, a tym samym modułu wektora przestrzennego prądów fazowych. Pozwala to w bardzo prosty sposób zastąpić regulację prądu układem korektora, który realizuje zadaną wartość prądów fazowych jednocześnie korygując trajektorię wektora przestrzennego tych prądów fazowych.

Funkcja celu proponowanych rozwiązań została sformułowana jako sposób sterowania trójfazowym, trójgałęziowym falownikiem napięcia prowadzący do uzyskania kołowej trajektorii wektora przestrzennego wyjściowych prądów fazowych falownika niezależnie od występującej w obciążeniu asymetrii impedancyjnej, nieliniowości obciążenia, sposobu modulacji przebiegów i asymetrii przebiegów modulujących.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia trójfazowy trójgałęziowy falownik napięcia zasilany ze źródła napięcia stałego, obciążony trójfazowym obciążeniem i sterowany układem sterującym, na schemacie blokowym, przy czym obszar układu sterującego według wynalazku jest zaznaczony linią przerywaną, fig. 2 - wykres trajektorii wektora przestrzennego wyjściowych prądów fazowych w przypadku, gdy asymetryczne obciążenie zasilane jest z falownika sterowanego trójfazowym modulatorem w naturalnym układzie współrzędnych bez korekty trajektorii, zaś fig. 3 - wykres trajektorii wektora przestrzennego wyjściowych prądów fazowych w przypadku, gdy asymetryczne obciążenie zasilane jest z falownika sterowanego układem sterującym według wynalazku zawierającym trójfazowy modulator z korektorem wektora przestrzennego dla wartości referencyjnej wektora przestrzennego równej 10 A.

Sposób sterowania trójfazowego trójgałęziowego falownika F napięcia, według wynalazku w przykładach wykonania, dotyczy falownika F zasilanego ze źródła napięcia stałego ZNS. Falownik F jest w postaci przekształtnika energoelektronicznego, zawierającego trzy gałęzie półprzewodnikowych łączników mocy, kształtujących trzy wyjściowe napięcia fazowe, zasilające trójfazowe obciążenie OBC o charakterze prądowym i powodujące przepływ przez obciążenie wyjściowych prądów fazowych i_a, i_b i i_c. Sterowanie falownikiem F odbywa się w poprzez układ sterujący UST, zawierający trójfazowy m odulator MOD, porównujący przebieg nośny z pierwszego generatora przebiegu nośnego GFN z trójfazowymi napięciami modulującymi u_ma, u_mb i u_mc z drugiego generatora przebiegów modulujących GPM i generujący trzy sygnały sterujące S_a, S_b i S_c pracą łączników mocy w trzech gałęziach falownika F.

W sposobie sterowania według wynalazku koryguje się w czasie rzeczywistym amplitudę trzech napięć modulujących u_ma, u_mb, u_mc dla trzech faz a, b i c obciążenia OBC falownika F. Modulujące napięcia skorygowane ^u*ma, ^u*mb ^{i u}*mc dla zadanej trajektorii t wektora przestrzennego v_p wyjściowych prądów fazowych i_a, i_b, i_c falownika F uzyskuje się poprzez jednoczesne mnożenia chwilowych wartości napięć modulujących u_ma, u_mb, u_mc przez dynamiczny współczynnik korekcyjny k, który wyznacza się z pomiaru wartości chwilowych trzech prądów fazowych i_a, i_b i i_c falownika F. Wartość dynamiczną współczynnika korekcyjnego k uzyskuje się z chwilowej wartości uchybu k* trajektorii t wektora przestrzennego v_p prądów fazowych i_a, i_b, i_c falownika F, wyznaczonego w stosunku do zadanej wartości tego wektora przestrzennego v_p, przy czym dla wyznaczenia wartości współczynnika korekcyjnego k mierzy się chwilowe wartości prądów fazowych i_a, i_b, i_c falownika F w trzech fazach a, b, c obciążenia OBC, po czym z tych prądów fazowych i_a, i_b, i_c wyznacza się kwadrat długości wektora przestrzennego v_p. Następnie wyznacza się uchyb k* rzeczywistej wartości kwadratu długości wektora przestrzennego v_p jako różnicę w stosunku do jego stałej zadanej wartości równej kwadratowi promienia oczekiwanej

PL 227 997 B1 trajektorii t kołowej. Z kolei z uchybu k* wyznacza się wartość współczynnika korekcyjnego k, przy czym ogranicza się wartość uchybu k* do przedziału domkniętego [0..1] albo [1 ..1,5], którą przyjmuje się jako wartość współczynnika korekcyjnego k.

Układ sterujący UST trójfazowego trójgałęziowego falownika F napięcia, według wynalazku w przykładach wykonania, dotyczy falownika F opisanego powyżej.

Pomiędzy trójfazowym wyjściem napięć modulujących u_ma, u_mb, u_mc drugiego generatora GPM i trójfazowym wejściem modulatora MOD jest dołączony trójfazowy trzeci multiplikator MUL3 połączony na wejściu poprzez trzeci sumator SUM3 z trzema miernikami M prądów fazowych i_a, i_b i i_c obciążenia OBC falownika F i zadajnikiem ZWR wartości referencyjnej trajektorii t wektora przestrzennego v_p wyjściowych prądów fazowych i_a, i_b, i_c falownika F. Z kolei połączenie miernika M pierwszego prądu fazowego i_a obciążenia OBC falownika F z trzecim sumatorem SUM3 jest poprzez pierwszy multiplikator MUL1 i drugi sumator SUM2, zaś połączenie mierników M dla drugiego i trzeciego prądu fazowego i_b i i_c obciążenia OBC falownika F z trzecim sumatorem SUM3 jest poprzez pierwszy sumator SUM1, drugi multiplikator MUL2 i dragi sumator SUM2, zaś połączenie zadajnika ZWR z trzecim sumatorem SUM3 jest poprzez czwarty multiplikator MUL4. Ponadto połączenie trzeciego sumatora SUM3 z trzecim multiplikatorem MUL3 jest poprzez ogranicznik OGR.

Wyjaśnienie działania rozwiązań według wynalazku jest przedstawione poniżej.

Obwód mocy jest złożony ze źródła napięcia stałego ZNS (DC), trójfazowego trójgałęziowego falownika F napięcia i trójfazowego obciążenia OBC. Źródło napięcia stałego ZNS jest w postaci kondensatora obwodu pośredniczącego, akumulatora albo innego źródło napięcia stałego, falownik F w postaci przekształtnika energoelektronicznego zawierającego w swojej topologii trzy gałęzie półprzewodnikowych łączników mocy, kształtujących trzy napięcia trójfazowe zasilające obciążenie, zaś trójfazowe obciążenie w postaci dowolnego obciążenia zasilanego napięciami trójfazowymi bez przewodu neutralnego.

W układzie sterującym UST według wynalazku na wyjściu trójfazowego modulatora MOD występują sygnały binarne w postaci pierwszego, drugiego i trzeciego sygnału sterującego S_a, S_b, S_c, które są przewidziane do sterowania pracą półprzewodnikowych łączników mocy, znajdujących się odpowiednio w gałęzi podłączonej do pierwszej, drugiej i trzeciej fazy a, b albo c obciążenia OBC. Modulator MOD zawiera trzy komparatory porównujące przebieg nośny z pierwszego generatora GFN odpowiednio z pierwszym, drugim i trzecim modulującym napięciem skorygowanym u*_ma, u*_mb i u*_mc, których zadaniem jest kształtowanie napięć fazowych trzech faz a, b i c obciążenia. W pierwszym generatorze GFN jest generowany przebieg nośny w postaci przebiegu trójkątnego, którego okres jest równy taktowi pracy falownika F. W drugim generatorze GPM są generowane trójfazowe przebiegi modulujące w postaci pierwszego, drugiego i trzeciego napięcia modulującego u_ma, u_mb, u_mc, które są przetwarzane w trzecim multiplikatorze MUL3 na modulujące napięcia skorygowane u*_ma, u*_mb i u*_mc i reprezentują kształt napięcia pożądanego na trzech zaciskach trójfazowego obciążenia OBC. Z reguły są to przebiegi sinusoidalne lub sinusoidalne z trzecią harmoniczną. W rozwiązaniach według wynalazku mogą to być także przebiegi prostokątne. W miernikach M są mierzone chwilowe wartości pierwszego, drugiego i trzeciego prądu fazowego i_a, i_b i i_c, płynących w odpowiednich fazach a, b i c obciążenia OBC, przy czym wartość trzeciego prądu fazowego i_c podawana jest w przeciwfazie. W pierwszym multiplikatorze MUL1 jest realizowana operacja wyznaczania wartości kwadratu pierwszego prądu fazowego i_a pierwszej fazy a obciążenia OBC. W pierwszym sumatorze SUM1 realizowana jest operacja wyznaczania chwilowej wartości różnicy drugiego i trzeciego prądu fazowego i_b - i_c, płynących w drugiej i trzeciej fazie b i c obciążenia OBC, zaś w drugim multiplikatorze MUL2 operacja wyznaczania wartości kwadratu różnicy wartości chwilowych tych prądów fazowych i_b i i_c, podzielonej przez współczynnik skalujący równy pierwiastkowi kwadratowemu z 3, według wzoru (1):

(ib i_c^ _ (ib ~ i_c) (i)

Z kolei w drugim sumatorze SUM2 realizowana jest operacja sumowania kwadratów wartości chwilowych wyznaczonych w pierwszym i drugim multiplikatorze MUL1 i MUL2, jako ujemna wartość kwadratu prądu zmierzonego, którego wartość wyjściowa -I _pom podawana jest w przeciwfazie jako wynik operacji mnożenia przez wartość -1, według wzoru (2):

-I^{2 1}pom

In + (ib ic) (2).

PL 227 997 B1

Zadajnikiem ZWR jest nastawiana wartość prądu referencyjnego I_ref do wyznaczenia oczekiwanej trajektorii t wektora przestrzennego v_p wyjściowych prądów fazowych i_a, i_b, i_c dla obciążenia OBC falownika F, przy czym w czwartym multiplikatorze MUL4 realizowana jest operacja wyznaczania wartości referencyjnej kwadratu długości wektora przestrzennego v_p, jako wartości wejściowej +I _ref, według wzoru (3):

~Href ^ref * kef (3).

W trzecim sumatorze SUM3 jest realizowana operacja wyznaczania uchybu k* kwadratu długości wektora przestrzennego v_p, według wzoru (4):

k* = +I?_ef - Ip_Om (4).

zaś w ograniczniku OGR operacja ograniczenie wartości uchybu do standardowego przedziału [0..1] albo [0..1,5] i wyznaczenia współczynnika korekcyjnego k, według wzoru (5):

k = limit(k*) (5).

Ostatecznie w trzecim multiplikatorze MUL4 jest realizowana operacja wyznaczenia trzech napięć skorygowanych u*_ma, u*_mb i u*_mc poprzez wykonanie trzech iloczynów trzech napięć modulujących u_ma, u_mb i u_mc z wartością współczynnika korekcyjnego k, według wzoru (6):

U* uma	k * U-ma
umb	= k*umb
^mc	= k*umc

Sposób sterowania według wynalazku poddano weryfikacji symulacyjnej oraz sprzętowej. Wykonano kompleksowe badania symulacyjne w środowisku PSIM, Badania te potwierdziły poprawność przyjętych założeń i zweryfikowały pozytywnie koncepcję sterowania. Wykonano także model fizyczny układu sterującego UST według wynalazku w oparciu o programowalną strukturę logiczną FPGA EP2C20 współpracującą z kartą przetwornika analogowo-cyfrowego Analog Devices AD7864AS-1. Przetestowano układ sterujący UST falownikiem F napięcia, realizujący sterowanie półokresowe lub sterowanie z wykorzystaniem modulatorów działających w naturalnym układzie współrzędnych dla częstotliwości składowej podstawowej 50Hz oraz częstotliwości trójkątnego przebiegu nośnego 5 kHz. Zbadano działanie układu korektora przy asymetrii indukcyjnej obciążenia OBC, asymetrii rezystancyjnej obciążenia OBC, asymetrii mieszanej obciążenia OBC i asymetrii fazowej przebiegów modulujących. W każdym z badanych przypadków uzyskana trajektoria wektora przestrzennego miała postać kołową o zadanym promieniu.

Wynik działania wynalazku pokazano w postaci wykresów trajektorii wektora przestrzennego v_p wyjściowych prądów fazowych i_a, i_b, i_c, w przypadku braku korekty trajektorii (fig. 2) i w przypadku z korektorem wektora przestrzennego v_p dla wartości referencyjnej wektora przestrzennego v_p równej 10 A (fig. 3). Model falownika F zasilano ze źródła napięcia stałego ZNS, zawierającego tętnienia o częstotliwości 100 Hz i amplitudzie równej 1/3 składowej stałej. Falownik F obciążono 3-fazowym obciążeniem OBC o charakterze rezystancyjno-indukcyjnym, gdzie występowała rezystancyjna asymetria, a mianowicie w pierwszej fazie a: 1Ω, 1 mH, w drugiej fazie b: 2Ω, 1 mH oraz w trzeciej fazie c: 3Ω, 1 mH.

Wynalazek znajduje zastosowanie zwłaszcza do zasilania trójfazowych napędów elektrycznych.

Wykaz oznaczeń

a, b, c	-	pierwsza, druga, trzecia faza,
F	-	falownik,
GFN	-	pierwszy generator,
GPM	-	drugi generator,
ia, ib, ic	-	pierwszy, dragi, trzeci prąd fazowy,
-I 2 I pom	-	wartość wyjściowa,
Iref	-	prąd referencyjny,
+I2ref	-	wartość wejściowa,
k	-	współczynnik korekcyjny,
k*	-	uchyb,
M	-	miernik,

PL 227 997 B1

MOD -	modulator,
MUL1 .. MUL4 -	pierwszy czwarty multiplikator,
OBC -	obciążenie,
OGR -	ogranicznik,
^, Sb Sc -	pierwszy, drugi, trzeci sygnał sterujący,
SUM1 .. SUM3 -	pierwszy.. trzeci sumator,
t -	trajektoria,
uma, umb, umc -	pierwsze, drugie, trzecie napięcie modulujące,
u*ma, u*mb, u*mc -	pierwsze, drugie, trzecie napięcie skorygowane,
UST -	układ sterujący,
vp -	wektor przestrzenny,
ZNS -	źródło napięcia stałego,
ZWR -	zadajnik.

Zastrzeżenia patentowe

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób sterowania trójfazowego trójgałęziowego falownika napięcia zasilanego ze źródła napięcia stałego, przy czym falownik jest w postaci przekształtnika energoelektronicznego, zawierającego trzy gałęzie półprzewodnikowych łączników mocy, kształtujących trzy wyjściowe napięcia fazowe, zasilające trójfazowe obciążenie o charakterze prądowym i powodujące przepływ przez obciążenie wyjściowych prądów fazowych, a sterowanie falownikiem odbywa się w poprzez układ sterujący, zawierający trójfazowy modulator, porównujący przebieg nośny z pierwszego generatora przebiegu nośnego z trójfazowymi napięciami modulującymi z drugiego generatora przebiegów modulujących i generujący trzy sygnały sterujące pracą łączników mocy w trzech gałęziach falownika, znamienny tym, że koryguje się w czasie rzeczywistym amplitudę trzech napięć modulujących (u_ma, u_mb, u_mc) dla trzech faz (a, b, c) obciążenia (OBC) falownika (F), przy czym modulujące napięcia skorygowane (u*_ma, u*_mb, u*_mc) dla zadanej trajektorii (t) wektora przestrzennego (v_p) wyjściowych prądów fazowych (i_a, i_b, i_c) falownika (F) uzyskuje się poprzez jednoczesne mnożenia chwilowych wartości napięć modulujących (u_ma, u_mb, u_mc) przez dynamiczny współczynnik korekcyjny (k), który wyznacza się z pomiaru wartości chwilowych co najmniej dwóch prądów fazowych (i_a, i_b lub i_c) falownika.
2. 2. Sposób sterowania według zastrz. 1, znamienny tym, że wartość dynamiczną współczynnika korekcyjnego (k) uzyskuje się z chwilowej wartości uchybu (k*) trajektorii (t) wektora prz estrzennego (v_p) prądów fazowych (i_a, i_b, i_c) falownika (F), wyznaczonego w stosunku do zadanej wartości tego wektora przestrzennego (v_p).
3. 3. Sposób sterowania według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że dla wyznaczenia wartości współczynnika korekcyjnego (k) mierzy się chwilowe wartości prądów fazowych (i_a, i_b, i_c) falownika (F) w trzech fazach (a, b, c) obciążenia (OBC), po czym z prądów fazowych (i_a, i_b, i_c) wyznacza się kwadrat długości wektora przestrzennego (v_p), a następnie wyznacza się uchyb (k*) rzeczywistej wartości kwadratu długości wektora przestrzennego (vp) jako różnicę w stosunku do jego stałej zadanej wartości równej kwadratowi promienia oczekiwanej trajektorii (t) kołowej, zaś z uchybu (k*) wyznacza się wartość współczynnika korekcyjnego (k).
4. 4. Sposób sterowania według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że po wyznaczeniu uchybu (k*) ogranicza się jego wartość do przedziału od zera do jedności, którą przyjmuje się jako wartość współczynnika korekcyjnego (k).
5. 5. Sposób sterowania według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że po wyznaczeniu uchybu (k*) ogranicza się jego wartość do przedziału od zera do półtora, którą przyjmuje się jako wartość współczynnika korekcyjnego (k).
6. 6. Układ sterujący trójfazowego trójgałęziowego falownika napięcia zasilanego ze źródła napięcia stałego, przy czym falownik jest w postaci przekształtnika energoelektronicznego, zawierającego trzy gałęzie półprzewodnikowych łączników mocy, kształtujących trzy wyjściowe napięcia fazowe, zasilające trójfazowe obciążenie o charakterze prądowym i powodujące przepływ przez obciążenie wyjściowych prądów fazowych, a układ sterujący falownika zawiera trójfazowy modulator, porównujący przebieg nośny z pierwszego generatora przebiegu nośnego z trójfazowymi napięciami modulującymi z drugiego generatora przebiegów

   PL 227 997 B1 modulujących i generujący trzy sygnały sterujące pracą łączników mocy w trzech gałęziach falownika, znamienny tym, że pomiędzy trójfazowym wyjściem napięć modulujących (u_ma, u_mb, u_mc) drugiego generatora (GPM) i trójfazowym wejściem modulatora (MOD) jest dołączony trójfazowy trzeci multiplikator (MUL3) połączony na wejściu poprzez trzeci sumator (SUM3) z co najmniej dwoma miernikami (M) prądów fazowych (i_a, i_b lub i_c) obciążenia (OBC) falownika (F) i zadajnikiem (ZWR) wartości referencyjnej trajektorii (t) wektora przestrzennego (v_p) wyjściowych prądów fazowych (i_a, i_b, i_c) falownika (F).
7. 7. Układ sterujący według zastrz. 6, znamienny tym, że połączenie miernika (M) pierwszego prądu fazowego (i_a) obciążenia (OBC) falownika (F) z trzecim sumatorem (SUM3) jest poprzez pierwszy multiplikator (MUL1) i drugi sumator (SUM2), zaś połączenie mierników (M) dla drugiego i trzeciego prądu fazowego (i_b i i_c) obciążenia (OBC) falownika (F) z trzecim sumatorem (SUM3) jest poprzez pierwszy sumator (SUM1), drugi multiplikator (MUL2) i drugi sumator (SUM2), zaś połączenie zadajnika (ZWR) z trzecim sumatorem (SUM3) jest poprzez czwarty multiplikator (MUL4).
8. 8. Układ sterujący według zastrz. 6 albo 7, znamienny tym, że połączenie trzeciego sumatora (SUM3) z trzecim multiplikatorem (MUL3) jest poprzez ogranicznik (OGR).