Вдосконалення структури параметричної системи управління активним випрямлячем з фіксованою частотою модуляції для роботи в режимі двонаправленого потоку енергії

Abstract

Об'єктивна необхідність в енергозбереженні та посилення вимог до якості споживаної електроенергії змушує виробників перетворювальної техніки шукати нові схемотехнічні рішення та вдосконалювати алгоритми управління перетворювачами. Повною мірою це стосується і частотного електроприводу малої та середньої потужності. Його базою є структура, виконана на основі автономного інвертора напруги із широтно-імпульсною модуляцією, схема якого передбачає використання діодного некерованого випрямляча як джерела постійної напруги. Вона має суттєві недоліки, які можна повністю усунути активним керованим випрямлячем – джерелом напруги (АВДН), параметрична система управління яким забезпечує заданий рівень напруги у ланці постійного струму і нульове значення реактивної потужності при близькій до синусоїди формі струму на стороні мережі живлення. Але й вона має певні недоліки в режимі зміни напрямку потоку енергії та потребує вдосконалення. Тому розглянуто вдосконалення параметричної системи управління АВДН з фіксованою частотою модуляції для роботи в режимі двонаправленого потоку енергії між мережею живлення і навантаженням та проведено її моделювання. Запропоновано рішення, що забезпечують стійку роботу перетворювача з оновленою системою управління в усіх режимах роботи. Запропоновано оновлений алгоритм фазової корекції кута зміщення першої гармоніки мережного струму відносно напруги джерела живлення та вдосконалено алгоритм його отримання, покращено роботу регулятора вихідної напруги схеми АВДН. Результати моделювання показали, що вдосконалена параметрична система управління АВДН здатна забезпечити роботу силової схеми перетворювача з близьким до синусоїди струмом та нульовою реактивною потужністю на стороні мережі в усьому діапазоні зміни потужності, що споживає чи генерує навантаження, підтримуючи задане значення вихідної напруги в сталому режимі роботи при допустимих відхиленнях в перехідних режимах роботи.

The objective need for energy saving and the strengthening of requirements for the quality of consumed electricity forces manufacturers of converting equipment to look for new circuit solutions and to improve the control algorithms of converters. This fully applies to low- and medium-power frequency electric drives. Its base is a structure made on the basis of an autonomous voltage inverter with pulse width modulation, the scheme of which involves the use of a diode uncontrolled rectifier as a source of constant voltage. It has significant disadvantages that can be completely eliminated by an active controlled rectifier - voltage source (AVDN), a parametric control system of which provides a set voltage level in the direct current circuit and a zero value of reactive power with a current form close to a sinusoid on the side of the power network. But it also has certain shortcomings in the mode of changing the direction of the energy flow and needs improvement. Therefore, the improvement of the parametric AVDN control system with a fixed modulation frequency for operation in the mode of bidirectional energy flow between the power network and the load was considered and its simulation was carried out. A solution that ensures stable operation of the converter with an updated control system in all operating modes is proposed. An updated algorithm for the phase correction of the offset angle of the first harmonic of the mains current relative to the voltage of the power source is proposed, and the algorithm for obtaining it has been improved, and the operation of the output voltage regulator of the AVDN circuit has been improved. The simulation results showed that the improved parametric AVDN control system is able to ensure the operation of the power circuit of the converter with a current close to a sinusoid and zero reactive power on the network side in the entire range of changes in the power that consumes or generates the load, maintaining the set value of the output voltage in a stable mode of operation at permissible deviations in transient modes of operation.