По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 621.33

Условия работы инвертора с ШИМ в тяговом электроприводе

Шульга Р.Н. канд. техн. наук, ВЭИ – филиал ФГУП «РФЯЦ – ИНИИТФ им. акад. Е.И. Забабахина», г. Москва

Исследованы условия работы инвертора с ШИМ в тяговом электроприводе. Рассмотрены различные варианты ШИМ применительно к двухуровневому инвертору, приведены формы выходного напряжения и формирование крутящего момента на валу электродвигателя. Анализируется специфика работы транзисторов и драйверов в составе инвертора, характер тепловыделения, а также переходные процессы при коммутации транзисторов. Приведены типовые защиты драйверов и транзисторов в схеме инвертора.

Литература:

1. Шульга Р.Н. Тяговые характеристики электромобиля и электролокомотива // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2022. – № 4. – С. 26–34.

2. Шульга Р.Н. Преобразователи частоты // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2022. – № 1. – С. 3–11.

3. Шульга Р.Н. Преобразователи напряжения малой и большой мощности // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – В портфеле редакции.

4. Шульга Р.Н. Контроллеры DC/DCконверторов // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – В портфеле редакции.

5. Преобразователи частоты. Устройство, принцип работы, схемы управления и расчеты преобразователя частоты. – URL: http://www. eti. su/.2022/04/

6. Устройство и принцип работы преобразователя частоты. – URL: http://www. vesper. ru/.2022/04/

7. Определение длительности мертвого времени. – URL: http://www. compel. ru/.2022/04/

8. Новиков П. IGBT-драйвер и защита транзистора // Силовая электроника. – 2019. – № 3.

9. Segaran D., Holmes D.G., McGrath B.P. Enhanced load step responsefor a bi-directional dc-dc converter, in Proc. // IEEE Energy ConversionCongress and Exposition (ECCE). – 2011. – Pp. 3649–3656.

10. Goodwin G., Graebe S., Salgado M. Control System Design. – Prentice Hall, 2001.

Тяговый электропривод (ТЭП) обычно содержит преобразователь частоты (ПЧ), нагруженный на асинхронный электродвигатель (ЭД). В свою очередь ПЧ состоит из выпрямителя (В) с фильтром, подключенного к инвертору (И). Регулируемый В изменяет напряжение на входе И и чаще всего использует амплитудно-импульсную модуляцию (АИМ). Для регулирования скорости вращения ЭД инвертор использует широтно-импульсную модуляцию (ШИМ). Цель статьи состоит в анализе влияния типа ШИМ на условия работы И и ЭД для создания крутящего момента ТЭП, а также в учете влияния специфики работы транзисторов и их защит. Вопросы построения ТЭП, ПЧ и И исследованы в [1–5], исследование режимов транзисторов отражены в [6, 7], специфика работы транзисторов и драйверов в [8–10].

Регулирование частоты ТЭП осуществляется с помощью инвертора (И) по схеме 2-уровневого преобразователя напряжения, система управления которого реализует один из вариантов широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Частота выходного напряжения изменяется И на протяжении периода повторяемости коммутаций полностью управляемых вентилей. В качестве этих вентилей используются: MOSFET-транзисторы для маломощных И или IGBT-транзисторы для мощных И.

Частота или длительность периода регулируют: изменение входного сигнала (угол управления) от системы управления (СУ) и изменение постоянного напряжения Ud на входе И. Указанные два способа регулирования частоты ТЭП и асинхронного ЭД приведены на рис. 1.

Применение ШИМ позволяет самым простым образом формировать 3-фазное напряжение регулируемой частоты для питания асинхронного ЭД. Известны три основных варианта ШИМ: синусоидальная ШИМ, синхронная ШИМ и асинхронная ШИМ.

Для пояснения работы мостового 3-фазного И, который управляется СУ с реализацией ШИМ, следует использовать топологию 6-пульсного преобразователя напряжения с двумя возможными состояниями полностью управляемых ключей. Каждый ключ имеет два возможных состояния: 1 – включен, 0 – отключен.

Шесть ключей на рис. 1 могут составить 8 комбинаций состояния, которые показаны в виде векторов на схеме рис. 2а. Эти векторы образуют векторный 6-угольник в виде последовательности переключения ключей на рис. 2б, где показано состояние ключей И в одном из восьми возможных состояний, где для верхней (анодной) группы принято состояние вектора – 100, а для нижней (катодной) группы – 011. На рис. 2 представлена векторная диаграмма состояния ключей в схеме рис. 1 (а) и состояние ключей в одном из шести тактов переключения ключей (б) и приняты обозначения: для фаз: U, W, V, для возможных состояний всех шести запертых ключей – 000, всех открытых ключей – 111.

Для Цитирования:
Шульга Р.Н., Условия работы инвертора с ШИМ в тяговом электроприводе. Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. 2022;9.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: