Файл: MU_po_LR_SE.pdf

51 

Запишем вектор среднего напряжения   и базовые векторы  ,   че-

рез их проекции на оси неподвижной системы координат: 

На  основании  выражения  и  равенстве  нулю  проекции  нулевых 

векторов  U  0,  можно  записать  проекции  вектора  требуемого  напряжения 
через проекции базовых векторов: 

=

При 

частотном 

регулировании 

на 

выходе 

АИН 

по 

соответствующему  закону  необходимо  регулировать  амплитуду  и  частоту 
трехфазного 

выходного 

напряжения. 

Регулирование 

амплитуды 

достигается  за  счет  изменения  коэффициента  модуляции    в  формулах 
(11.64),  (11.58).  При  этом  уменьшение  m  приводит  к  снижению 
относительных продолжительностей включения ненулевых векторов  и   
и  увеличению  относительной  продолжительности  включения  нулевого 
вектора   и, следовательно, к уменьшению среднего значения напряжения 
за период ШИМ. 

  Регулирование  частоты  на  выходе  АИН  достигается  за  счет 

изменения  скорости  вращения  (угла  поворота  )  пространственного 
вектора  в  полярной  системе  координат.  Вращение  пространственного 
вектора   в обратном направлении приводит к изменению чередования фаз 
на выходе АИН и, 

следовательно,  изменению  направления  вращения 

двигателя. 

Один из возможных алгоритмов реализации векторной ШИМ описан 

в работе [39]. Сначала определяется номер сектора n, в котором находится 
заданный пространственный вектор. Затем на каждом периоде ШИМ рас-
считываются  значения  и    по  формулам  (11.64).  По  ним  определяются 
уровни переключения УП1 =   и УП2 = 

  , при сравнении которых с 

пилообразным сигналом осуществляется переключение базовых векторов. 
Алгоритм  переключений  представляет  собой  следующую  последователь-
ность действий: 

 После  определения  номера  сектора  П  в  начале  каждого  периода 

ШИМ  устанавливается  состояние  инвертора,  соответствующее  исходному 
базовому вектору (для сектора 2 — это вектор  ); 

 При  первом  сравнении  с  уровнем  УП1  осуществляется  переход  ко 

второму базовому вектору (для сектора 2 — это вектор  ); 

 Первое сравнение с уровнем УП2 вызывает переход к нулевому век-

тору  . При этом в соответствии с табл. 1 включается тот нулевой вектор, 
который  требует  минимального  переключения  ключей  инвертора  по 
отношению к предыдущему состоянию вентилей; 

     -  при  втором  сравнении  с  УП2  восстанавливается  предыдущее 

состояние  (для  сектора  2  —  это  вектор  ); 

52 

- при втором сравнении с УП1 осуществляется возврат к начальному 

состоянию (для сектора 2 — это вектор  ). 

Входными сигналами для преобразователя частоты с автономным ин-

вертором  являются  задаваемые  из  системы  управления  электропривода 
угол  поворота    обобщенного  вектора,  вращающегося  с  синхронной 
скоростью в полярной системе координат, и требуемое значение амплитуды 
Um  пространственного  вектора  напряжения 

.  Микропроцессорная 

система  в  реальном  времени  определяет  номер  сектора 

и 

внутрисекторный  угол  поворота    ,  после  чего  производит  расчет  точек 
переключения в соответствии с выбранным алгоритмом. 

        Один  из  вариантов  функциональной  схемы  микропроцессорной 

системы управления векторной ШИМ представлен на рис. 35. 

         «Направление вращения» 

Рисунок  35  –  Функциональная  схема  микропроцессорной  системы 

управления векторной ШИМ 

 
В состав микропроцессорной системы управления входят следующие 

основные  блоки:  формирователь  угла  поворота  9,  определитель  номера 
сектора, вычислитель уровней переключений УП1 и УП2, блок сравнения, 
генератор 

пилообразного 

напряжения 

(ГПН), 

генератор 

синхронизирующих импульсов (ГСИ), блок памяти и выходные драйверы. 

Формирователь угла поворота   осуществляет формирование угла по-

ворота пространственного вектора в полярной системе координат и его из-
менение в функции частоты f задающего воздействия c целью регулирова-
ния  выходной  частоты  АИН.  Работа  блока 

сводится 

к 

расчету 

53 

дискретного угла поворота пространственного вектора внутри сектора   = 
360°/k,  где  к  = 

/  f  —  целое  число,  соответствующее  количество 

периодов  ШИМ  за  один  период  несущей  частоты,  и  определение  нового 
значения угла поворота   = 

+

. Увеличение угла поворота на величину 

  осуществляется  под  действием  синхроимпульсов 

,  формируемых  в 

моменты  перехода  пилообразного  напряжения  ШИМ  через  нулевой 
уровень.  При  выполнении  условия      360°,  что  соответствует  одному 
обороту пространственного вектора вокруг своей оси в полярной системе 
координат, осуществляется установка начального угла поворота   = 0°. 

Вычислитель  уровней  УП1,  УП2  синхронно  с  приходом 

синхроимпульсов 

осуществляет 

расчет 

относительных 

продолжительностей  включения  и    базовых  векторов  по  формулам  и 
определяет  уровни  переключения  УП1  =    и  УП2  =    +  .  В  блоке 
сравнения  происходит  сравнение  уровней  переключения  УП1  и  УП2  с 
пилообразным  напряжением,  формируемым  ГПН,  с  целью  нахождения 
временных  интервалов  для  переключения  базовых  векторов  внутри 
сектора.  Блок  памяти  представляет  собой  постоянное  запоминающее 
устройство,  в  котором  хранятся  коды  состояния  ключей  инвертора  для 
каждого  сектора,  переключаемых  в  функции  выходных  сигналов  блока 
сравнения.  Порядок  чередования  выходных  фаз  инвертора  изменяется 
логическим  сигналом  «Направление  вращения»,  воздействующим  на 
определитель номера сектора и блок памяти, в котором записываются коды 
состояния ключей инвертора при вращении пространственного вектора как 
по часовой, так и против часовой стрелки. Управление силовыми ключами 
инвертора осуществляется при помощи драйверов. 

 Формирование  трехфазной  системы  фазных  напряжений  на  выходе 

преобразователя показано на рис. 36. В верхней части рисунка изображен 
пилообразный  сигнал 

  и  указаны  значения  угла  поворота  0  на  каждом 

периоде ШИМ. Отмечены уровни переключения УП1 и УП2, а также замк-
нутые состояния ключей на каждом периоде ШИМ. Построение произведе-
но для второго сектора n = 2 и глубины регулирования   = 0,7 в предполо-
жении,  что  пространственный  вектор    поворачивается  на  60°  за  шесть 
периодов ШИМ.  

Поскольку  в  реальном  случае  частота  ШИМ  составляет  килогерцы, 

т.е.  число  периодов  ШИМ  за  время  поворота  вектора  на  60°  многократно 
больше показанного на рис. 36, то среднее фазное напряжение, полученное 
в соответствии с описанным алгоритмом, обеспечивает практически сину-
соидальную форму токов на нагрузке АИН. 

Одним  из  важнейшим  преимуществ  метода  формирования  фазных 

напряжений  с  помощью  пространственного  вектора  является  уменьшение 
числа  переключений  на  периоде  ШИМ  с  6-и  до  4-х  по  сравнению  с 
методом формирования средних напряжений на выводах по отношению к 
средней  точке  источника  питания  и,  как  следствие,  сокращения  на  30% 

54 

динамических  потерь  в  ключевых  элементах  инвертора.  Кроме  этого  при 
данном  способе  управления  удается  получить  фазное  и  линейное 
напряжения  на  выходе  АИН  на  13,4%  больше,  чем  при  формировании 
средних  напряжений  на  выводах  по  отношению  к  средней  точке  при 
неизменном напряжении питания Ud на входе инвертора. 

Рисунок 36 – Формирование напряжения на выходе АИН с векторной 

ШИМ во втором секторе при m = 0,7 

55 

Таблица 1  – Схема включения ключей при векторном управлении