Комп'ютерна оптимізація частоти комутації транзисторних широтно-імпульсних перетворювачів

Abstract

Метою роботи є розробка алгоритму визначення оптимальної частоти комутації транзисторного широтно-імпульсного перетворювача (ШІП) для мінімізації загальних електричних втрат в електроприводі постійного струму. Електричні втрати в обмотці якоря і транзисторах ШІП розділені на дві складові: статичні від постійної складової струму і динамічні. До останніх віднесені втрати в обмотці якоря від гармонійних складових струму та втрати в транзисторах від перехідних струмів комутації. Оскільки динамічні електричні втрати в транзисторах зі зростанням частоти зростають, а в обмотці якоря від гармонік струму зменшуються, то існує оптимальне значення частоти комутації ШІП, при якій загальні динамічні втрати в електроприводі з ШІП будуть мінімальними. Поставлена мета досягається вирішенням задачі визначення залежності динамічних електричних втрат в обмотці якоря від частоти комутації ШІП та комп'ютерного моделювання транзисторного електроприводу. В результаті одержаний аналітичний вираз відносних динамічних електричних втрат в обмотці якоря при полігармонійному живленні, які прямо пропорційні квадрату коефіцієнта пульсацій струму. Запропоновано алгоритм визначення оптимальної частоти комутації ШІП: 1) на комп'ютерних моделях двигуна і ШИП визначають залежності динамічних електричних втрат від частоти комутації; 2) будують графік залежності загальних динамічних електричних втрат транзисторного електроприводу від частоти, на якому визначають точку мінімуму втрат та оптимальне значення частоти комутації. Новизна роботи полягає в отриманні аналітичного виразу відносних динамічних електричних втрат в обмотках якоря при полігармонійному живленні, гідно якого втрати від гармонійних складових струму прямо пропорційні квадрату коефіцієнта пульсацій струму. Наведено приклад практичного використання запропонованого алгоритму розрахунку оптимальної частоти транзисторного електроприводу постійного струму.

The aim of the work is to develop algorithm for determining the optimal switching frequency of a transistor pulse-width converter (PWM) to minimize the total electrical losses in a DC drive. Electrical losses in the armature winding and in PWM transistors are divided into two components: static from the direct current component and dynamic. The latter include losses in the armature winding from the harmonic components of the current and losses in transistors from transient switching currents. Since the dynamic losses in transistors increase with increasing frequency, and in the armature winding from current harmonics they decrease, there is an optimal switching frequency value at which the total dynamic losses in the PWM drive will be minimal. This aim is achieved by solving the problem of determining the analytical dependence of dynamic electrical losses in the armature winding on the PWM switching frequency and computer simulation of a transistor DC drive. As a result of the research, an analytical expression was obtained for calculating the relative dynamic electrical losses in the armature winding with polyharmonic power supply. An algorithm is proposed for determining the optimal switching frequency of the PWM: 1) on computer models of the DC motor and PWM, the dependences of dynamic electrical losses on the switching frequency are determined; 2) build a graph of the dependence of the total dynamic electrical losses, on the which determine the point of minimum losses, which corresponds to the optimal value of the switching frequency. The novelty of the work lies in the fact that the theory of electrical losses in the armature windings with polyharmonic power has been further developed.