Михальський Валерій Михайлович. Матричні перетворювачі для електропривода (керування, комутація струму): дисертація канд. техн. наук: 05.09.12 / НАН України; Інститут електродинаміки. - К., 2003.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.12 – напівпровідникові перетворювачі електроенергії. – Інститут електродинаміки НАН України, Київ, 2003.
Дисертація присвячена подальшому розвитку теорії керування матричними перетворювачами для електропривода та розробці нових принципів комутації змінного струму в них.
Проаналізована якість вихідної напруги(струму) матричного перетворювача при застосуванні скалярних алгоритмів керування з однократною та двохкратною модуляцією, визначено діапазони регулювання вихідної частоти, в яких доцільно використання кожного з цих алгоритмів, та розроблено способи переходів від одного алгоритму до іншого зі збереженням фазового кута і амплітуди основної гармоніки вихідної напруги. Створено і теоретично обґрунтовано спосіб усунення субгармонік у вихідній напрузі матричного перетворювача при застосуванні алгоритму керування з двохкратною модуляцією.
Розроблено принципи комутації змінного струму, які базуються на поєднанні особливостей алгоритму векторної широтно-імпульсної модуляції і покрокового перемикання ключів двохсторонньої провідності та не вимагають контролю за напрямком струму навантаження і співвідношенням миттєвих значень напруг мережі живлення.
Аналітично визначено коефіцієнти, необхідні для коригування модуляційних функцій матричного перетворювача з метою одержання неспотвореного годографа середніх значень вихідної напруги в умовах несиметрії напруг мережі живлення.
У дисертаційній роботі отримали подальший розвиток теорія керування матричними перетворювачами для електропривода, заснована на векторній широтно-імпульсній модуляції, і принципи безпечної комутації змінного струму, що базуються на поєднанні згаданої модуляції і покрокової комутації ключів двохсторонньої провідності (при мінімально можливій кількості їхніх перемикань), що в сукупності з розробленими методами компенсації впливу несиметрії напруг мережі на формування вихідної напруги і вхідного струму і комбінуванням скалярних способів керування в процесі регулювання вихідної частоти забезпечує вирішення важливої наукової задачі створення високоефективних методів керування і комутації струму в МП для електропривода.
Аналіз існуючих методів керування і принципів комутації струму в МП показав необхідність пошуку нових підходів, заснованих на об'єднанні методів формування вихідної напруги і вхідного струму з принципами безпечної комутації ключів двохсторонньої провідності, а також розробки комбінованих алгоритмів керування, тому що відсутні рішення, що забезпечують надійну комутацію змінного струму, особливо в умовах спотворень вхідних напруг і вихідних струмів МП, а також рекомендації з раціонального застосування різних скалярних алгоритмів керування при регулюванні вихідної частоти.
Проведено порівняльний аналіз якості вихідної напруги (струму) МП при керуванні за скалярними алгоритмами з ОМ і ДМ. За результатами аналізу визначено межі піддіапазонів вихідної частоти, у яких доцільне використання згаданих способів керування. Розроблено способи переходу від одного скалярного алгоритму керування до іншого, а також переходу в режим прямого підключення двигуна до мережі і повернення до режиму перетворення частоти. Це дозволило уникнути викидів струму статора за рахунок збереження фази й амплітуди основної гармоніки вихідної напруги при зазначених переходах.
Розроблено спосіб усунення субгармонік у вихідній напрузі і струмі МП з ДМ, що дозволяє застосовувати цей алгоритм модуляції на вихідних частотах перетворювача, більших, ніж потроєна частота мережі живлення.
Отримано аналітичні вирази, що визначають відносний час використання ненульових стаціонарних векторів на циклі ВШІМ для компенсації пульсацій напруги в ланці неявного випрямлення при "інверторному" алгоритмі керування, що дозволяє поліпшити форму вихідного струму МП.
Отримано аналітичний вираз для визначення середньої кількості комутацій за одиницю часу в залежності від частоти ВШІМ, вхідної і вихідної частот МП. Це дозволяє виконати порівняльний аналіз методів комутації струму в МП і мінімізувати кількість перемикань ключів при збереженні заданої якості вихідного і вхідного струмів. Показано, що мінімально можлива кількість комутацій струму на циклі ВШІМ (з урахуванням переходу від циклу до циклу) дорівнює чотирьом.
Визначено коефіцієнти, що коригують модуляційні функції в МП з метою одержання неспотвореного годографа середніх значень вихідної напруги в умовах несиметрії напруг мережі живлення. Сформульовано й обґрунтовано принципи формування вхідного струму МП в умовах зазначеної несиметрії, що дозволяє поліпшити форму цього струму.
Розроблено принципи комутації струму, засновані на поєднанні особливостей алгоритму ВШІМ і покрокових перемикань ключів двохсторонньої провідності, які не вимагають контролю за напрямком струму навантаження і співвідношенням миттєвих значень напруг мережі живлення, що дозволило здійснювати безпечну комутацію без збільшення кількості перемикань ключів (при збереженні заданої якості вихідного і вхідного струмів). Розроблені принципи забезпечують функціонування МП в умовах значних спотворень напруг мережі живлення і вихідних струмів.
Проаналізовано електромагнітні процеси в МП при одночасному використанні двох способів комутації, заснованих на визначенні напрямку струму навантаження і полярності напруги, прикладеної до ключів, що перемикаються. Це дозволило визначити шляхи зменшення часу, що відводиться на комутацію цих ключів.
Результати роботи використані при розробці і впровадженні МП в електроприводах турбомолекулярних насосів на підприємстві п/с В8721 (м. Ленінград), електроприводах агрегатів для обробки матеріалів електронної техніки (різання, шліфування) на підприємстві п/с Г4932 (м. Луганськ), загальнопромислових електроприводах на підприємстві п/с А7992 (м. Запоріжжя), що підтверджується відповідними документами. Результати розробки і досліджень ВШІМ у поєднанні з новими принципами комутації змінного струму в МП покладені в основу виконання контракту № 1390 "Нові напівпровідникові перетворювачі для автономних систем живлення стаціонарних і рухомих об'єктів" між Інститутом електродинаміки НАНУ і Українським науково-технологічним центром у період 1999-2002 р.р.
Обґрунтованість і вірогідність наведених у роботі положень і рекомендацій підтверджена близькістю результатів теоретичних і експериментальних досліджень, в тому числі при штучно створених спотвореннях напруг мережі живлення і вихідних струмів.
Публікації автора:
Михальский В.М. Особенности коммутации тока ключами двухсторонней проводимости матричных преобразователей при изменении полярности приложенного к ним напряжения и направления тока нагрузки // Техн. електродинаміка. Силова електроніка та енергоефективність. – Темат. вип. – 2002. – Ч.3. – С.17–20.
Михальский В.М., Соболев В.Н., Чехет Э.М. Адаптация алгоритма векторной широтно-импульсной модуляции в матричных преобразователях к условиям несимметричной питающей сети // Техн. електродинаміка. Силова електроніка та енергоефективність. – Темат. вип. – 2002. – Ч.1. – С.9–18.
Михальский В.М., Соболев В.Н., Полищук С.И., Чехет Э.М., Шаповал И.А. Оптимизация длительностей стационарных состояний матричного преобразователя при глубоком регулировании асинхронного электропривода // Вестник НТУ "ХПИ". – Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика. – Харьков: НТУ "ХПИ". – 2002. – Вып.12. – Том 1. – С.53-56.
Михальский В.М., Полищук С.И., Пьяных Б.Е., Чехет Э.М., Андриенко П.Д., Кравцов В.А. Построение системы гарантированного электропитания на основе непосредственного преобразователя частоты с однократной модуляцией // Оптимизация схем и параметров устройств преобразовательной техники. Сб. науч. тр. – Киев: Наук. думка. – 1983. – С.83–88.
Мисак Т.В., Михальский В.М., Полищук С.И., Соболев В.Н., Чехет Э.М., Алгоритм и структура управления матричным преобразователем с векторной широтно–импульсной модуляцией // Вестник ХГПУ. – Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика. – Харьков: ХГПУ. – 2000. – С.259–262.
Чехет Э.М., Михальский В.М., Соболев В.Н., Полищук С.И., Шаповал И.А. Разработка и экспериментальные исследования матричного преобразователя мощностью 40 кВА // Техн. електродинаміка. Проблеми сучасної електротехніки. – Темат. вип. – 2002. – Ч.2. – С.66–71.
Chekhet E., Sobolev V., Mikhalsky V., Polischuk S. High performance electromechanical energy conversion using matrix converter. Part 1: matrix converter control // Bulletin of NTU “KhPI”, Automated Electrodrive. Theory and Applications. – 2001, №10. – P.263 – 266.
Михальский В.М., Соболев В.Н. Влияние субгармонических составляющих выходного напряжения преобразователя частоты с неявным звеном постоянного тока на работу электропривода // Труды V всесоюзной научно-технической конференции “Проблемы преобразовательной техники”. – Киев: ИЭД АН УССР. – 1991. – Ч. 4. – С.128–130.
Мисак Т.В., Михальский В.М., Соболев В.Н., Чехет Э.М., Математическая модель системы сеть – непосредственный преобразователь частоты с двукратной модуляцией (НПЧ с ДМ) – нагрузка // Труды IV всесоюзной научно-технической конференции “Проблемы преобразовательной техники”. – Киев: ИЭД АН УССР. – 1987. – Ч.4. – С.150–152.
Chekhet E.M., Mikhalsky V.M., Sobolev V.N. Combine control of the direct frequency converter for electrical drives // Conference on Electrical drives and Power Electronics. – Kosice. – 1990. – Vol.I.– P.231–236.
Chekhet E., Mikhalsky V., Sobolev V., Shapoval I. Control technique for matrix converter // Proceedings of the 5th Conference UEES' 2001. – Szczecin (Poland). – 2001. – Vol. 2. – P.583–588.
