View
39
Download
0
Category
Preview:
DESCRIPTION
PRETVARA ČI S MODULACIJOM ŠIRINE IMPULSA – PWM UVOD. DANAŠNJI ELEKTRONIČKI PRETVARAČI UGLAVNOM RADE U TZV. SKLOPNOM NAČINU RADA ( SWITCHING MODE ) DA BI SE POSTIGLA VEĆA UČINKOVITOST, MANJA TEŽINA, MANJE IZMJERE, BRŽI RAD, VEĆA GUSTOĆA SNAGE … - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
PRETVARAČI S MODULACIJOM ŠIRINE IMPULSA – PWM
UVOD
• DANAŠNJI ELEKTRONIČKI PRETVARAČI UGLAVNOM RADE U TZV. SKLOPNOM NAČINU RADA (SWITCHING MODE) DA BI SE POSTIGLA VEĆA UČINKOVITOST, MANJA TEŽINA, MANJE IZMJERE, BRŽI RAD, VEĆA GUSTOĆA SNAGE …
• MODULACIJA ŠIRINE IMPULSA (PULSE WIDTH MODULATION, PWM) TEMELJNA JE METODA UPRAVLJANJA U SUVREMENIM ELEKTRONIČKIM PRETVARAČIMA
• PWM JE BRZA TEHNIKA, OVISNO O RAZINI SNAGE I PRIMJENI SKLAPANJE SE ODVIJA PRI FREKVENCIJAMA OD NEKOLIKO KILOHERCA (UPRAVLJANJE EMP) DO NEKOLIKO MEGAHERCA (REZONANTNI PRETVARAČI ZA IZVORE NAPAJANJA)
PRETVARAČI S MODULACIJOM ŠIRINE IMPULSA – PWM
KRATAK POVIJESNI PREGLED
• NAJPOZNATIJA METODA PWM-a UTEMELJENA JE NA TROKUTNOM NOSIOCU (CARRIER BASED, CB) I SINUSNOM REFERENTNOM SIGNALU, SINUSNA MODULACIJA ŠIRINE IMPULSA (SPWM), A PREDLOŽENA JE SCHÖNUNGA I STEMMLERA 1964.
• RAZVOJEM MIKRORAČUNALA VEKTORSKA MODULACIJA (SPACE VECTOR MODULATION, SVM) POSTAJE PREVLADAVAJUĆOM TEHNIKOM UPRAVLJANJA ELEKTRONIČKIM PRETVARAČIMA, PREDLOŽILI SU JE PFAFF, WESCHTA I WICK 1982.
• HAVA, KERKMAN, LIPO I BLAŠKO PREDLOŽILI SU 1997. OPĆU ILI HIBRIDNU PWM KOJA KORISTI SUSTAV NULTOG SLIJEDA (ZERO SEQUENCE SYSTEM) TROSTRUKE FREKVENCIJE KAO ZAJEDNIČKI ČLAN
• PARALELNO S TZV. DETERMINISTIČKIM MODULATORIMA RAYVIJAJU SE I SLUČAJNE METODE PWM (RANDOM PWM) , TRZYNADLOWSKI, KIRLIN I LEGOWSKI 1993.
PRETVARAČI S MODULACIJOM ŠIRINE IMPULSA – PWM
TROFAZNI PRETVARAČ U MOSNOM SPOJU
• IZMJENJIVAČKI NAČIN RADA KOD EMP I AC IZVORA (UPS)
• ISPRAVLJAČKI NAČIN RADA KOD IZVORA NAPAJANJA S JEDINIČNIM FAKTOROM SNAGE
METODE MODULACIJE ŠIRINE IMPULSA (PWM)
1. U OTVORENOJ PETLJI (OPEN LOOP)2. U ZATVORENOJ PETLJI POVRATNE VEZE (CLOSED LOOP)
1. 2.
METODE PWM-a U OTVORENOJ PETLJITEMELJNI ZAHTJEVI NA PRETVARAČ I DEFINICIJE
• ŠIROKO PODRUČJE LINEARNOG RADA,
• MINIMALAN BROJ SKLAPANJA SKLOPKI ZBOG SKLOPNIH GUBITAKA,
• MINIMALAN SADRŽAJ HARMONIKA STRUJE I NAPONA ZBOG GUBITAKA I BUKE,
• UKLANJANJE NISKOFREKVENCIJSKIH HARMONIKA (KOD EMP PULZACIJE MOMENTA),
• MOGUĆNOST RADA U PODRUČJU PREMODULACIJA UKLJUČUJUĆI PRAVOKUTNI (6 –STEP) NAČIN RADA
NOVA ISTRAŽIVANJA NA PODRUČJU:
• POJEDNOSTAVLJENJA ALGORITAMA KOJI DNAS TROŠE NAJVEĆI DIO RAČUNALNOG VREMENA,
• SMANJENJA AKUSTIČKE BUKE, SLUČAJNE MODULACIJE
METODE PWM-a U OTVORENOJ PETLJITEMELJNE DEFINICIJE
METODE PWM-a U OTVORENOJ PETLJIMETODE UTEMELJENE NA NOSIOCU (CB)
SINUSNA PWM (SPWM)
METODE PWM-a U OTVORENOJ PETLJIMETODE UTEMELJENE NA NOSIOCU (CB)
SINUSNA PWM (SPWM)
• RELATIVNO USKO LINEARNO PODRUČJE RADA JE MANA OVE KLASIČNE MODULACIJE,
• SLABO ISKORIŠTENJE ISTOSMJERNOG ULAZNOG NAPONA,
• PREMODULACIJA JE MOGUĆA U NELINEARNOM PODRUČJU RADA.
METODE PWM-a U OTVORENOJ PETLJIMETODE UTEMELJENE NA NOSIOCU (CB)
MODULACIJA S DODATNIM SIGNALOM NULTOG SLIJEDA (ZERO SEQUENCE SIGNAL, ZSS)
UKOLIKO JE SREDNJA TOČKA TROFAZNOG TROŠILA N IZOLIRANA (NIJE SPOJENA SA SREDNJOM TOČKOM ISTOSMJERNOG SUSTAVA 0), TADA FAZNE STRUJE TROŠILA OVISE SAMO O LINIJSKIM NAPONIMA, U SVE TRI FAZE MOŽEMO DODATI ZAJEDNIČKI NAPON (ZSS) KOJI NE MIJENJA LINIJSKE NAPONE.
METODE PWM-a U OTVORENOJ PETLJIMETODE UTEMELJENE NA NOSIOCU (CB)
MODULACIJA S DODATNIM SIGNALOM NULTOG SLIJEDA (ZERO SEQUENCE SIGNAL, ZSS)
• POSLJEDICA JE POVEĆANJE LINEARNOG PODRUČJA RADA NA Mmax = 0,907, SMANJENJE SREDNJE SKLOPNE FREKVENCIJE, TE SMANJENJE VIŠIH HARMONIKA STRUJE,
• DODATNI ZAJEDNIČKI NAPON POJAVLJUJE SE IZMEĐU SREDNJIG TOČAKA IZMJENIČNOG I ISTOSMJERNOG SUSTAVA (N i 0) KAO NAPON UN0, A TAKOĐER SE UOČAVA U NAPONIMA Ua0, Ub0, Uc0,
METODE PWM-a U OTVORENOJ PETLJIVEKTORSKA MODULACIJA (SPACE VECTOR MOD.- SVM)
TEMELJI SE NA PROSTORNO-VEKTORSKOM PRIKAZU NAPONA IZMJENIČNE STRANE PRETVARAČA POMOĆU PROSTORNOG VEKTORA (TEORIJA PROIZAŠLA IZ TEORIJE ELEKTRIČNIH STROJEVA).
DANAS VRLO POPULARNA METODA ZBOG SVOJE JEDNOSTAVNOSTI I LAGANE REALIZACIJE POMOĆU RAČUNALA.
TROFAZNI DVORAZINSKI PRETVARAČ OMOGUĆAVA 8 RAZLIČITIH SKLOPNIH STANJA, 6 AKTIVNIH I DVA NUL-STANJA.
METODE PWM-a U OTVORENOJ PETLJIVEKTORSKA MODULACIJA (SPACE VECTOR MOD.- SVM)
METODE PWM-a U OTVORENOJ PETLJIVEKTORSKA MODULACIJA (SPACE VECTOR MOD.- SVM)
AKTIVNI VEKTORI DIJELE RAVNINU U 6 SEKTORA, A REFERENTNI VEKTOR U* DOBIVA SE ODGOVARAJUĆIM SLIJEDOM 2 SUSJEDNA NAPONSKA VEKTORA I NUL-VEKTORA.
OMJER VOĐENJA SUSJEDNIH VEKTORA (U1, U2) ODREĐUJE KUT REFERENTNOG VEKTORA, DOK NUL-VEKTORI ODREĐUJU INDEKS MODULACIJE M.
DOZVOLJENA DUŽINA VEKTORA U* ZA BILO KOJI KUT ODREĐENA JE IZRAZOM U*max = Udc/3 .
ZA DOBIVANJE VEĆE VRIJEDNOSTI AMPLITUDE REFERENTNOG VEKTORA (MAKSIMALNA VRIJEDNOST JE KOD 6-STEP NAPONA) POTREBNO JE PRIMIJENITI ODGOVARAJUĆI ALGORITAM NELINEARNE PREMODULACIJE.
METODE PWM-a U OTVORENOJ PETLJIVEKTORSKA MODULACIJA (SPACE VECTOR MOD.- SVM)
ZA RAZLIKU OD CB PWM KOD SVM NE POSTOJE ZASEBNO MODULATORI ZA SVAKU FAZU, DOVOLJAN JE JEDAN MODULATOR.
REFERENTNI VEKTOR U* ODREĐUJE SE PRI ČVRSTOJ FREKVENCIJI SATA 2fS = 1/TS
VRIJEDNOST VEKTORA U*(TS) KORISTI SE ZA IZRAČUNAVANJE POTREBNIH INTERVALA t1, t2, t0 I t7.
METODE PWM-a U OTVORENOJ PETLJIVEKTORSKA MODULACIJA (SPACE VECTOR MOD.- SVM)
MIKROPROCESORSKA REALIZACIJA UKLJUČUJE RAČUNANJE INTERVALA POMOĆU TRIGONOMETRIJSKIH JEDNADŽBI ZA PRVI SEKTOR I NJIHOVO PRERAČUNAVANJE ZA OSTALE SEKTORE.
NAKON IZRAČUNAVANJA INTERVALA VOĐENJA SUSJEDNIH AKTIVNIH VEKTORA, PREOSTALO VRIJEME TS REZERVIRANO JE ZA NUL-VEKTORE U0 I U7.
METODE SVM RAZLIKUJU SE PREMA SMJEŠTAJU NUL-VEKTORA.
METODE PWM-a U OTVORENOJ PETLJIVEKTORSKA MODULACIJA (SPACE VECTOR MOD.- SVM)
NAJPOPULARNIJA JE VEKTORSKA MODULACIJA SA SIMETRIČNIM SMJEŠTAJEM NUL-VEKTORA (SVPWM).
t0 = t7 = (TS – t1 – t2)/2
VRIJEDNOSTI INTERVALA ZA OSTALE SEKTORE IZRAČUNAVAJU SE POMOĆU MATRICE TRANSFORMACIJE
USPOREDBA CB PWM I SV PWM
GORNJA SLIKA PRIKAZUJE GENERIRANJE UPR. SIGNALA USPOREDBOM TROKUTNOG NOSIOCA I REFERENTNOG SINUSNOG SIGNALA S UTISNUTIM ZSS (TREĆI HARM.)
DONJI DIO SLIKE PRIKAZUJE GENERIRANJE UPR. SIGNALA POMOĆU SV PWM RAČUNANJEM TRAJANJA VEKTORA U1, U2, U0 I U7.
UOČAVA SE IDENTIČNOST REZULTATA, MOGUĆI STUPNJEVI SLOBODE DOBIVAJU SE ODABOROM ZSS-a ILI SMJEŠTAJEM NUL-VEKTORA.
RAZLIKA JE U TRETIRANJU 3-FAZNIH VELIČINA, KOD SV PWM KORISTI SE UMJETNI (MATEMATIČKI TRANSFORMIRAN) VEKTORSKI PRIKAZ.
PREMODULACIJA (OVERMODULATION)
KOD CB PWM U PREMODULACIJU SE DOLAZI POVEĆAVANJEM AMPLITUDE REFERENTNOG SIGNALA IZNAD VRŠNE VRIJEDNOSTI AMPLITUDE TROKUTNOG NOSIOCA, DOLAZI DO ISPUŠTANJA POJEDINIH SKLOPNIH CIKLUSA. KADA Ma DOVOLJNO NARASTE ULAZI SE U 6-STEP NAČIN RADA.
PREMODULACIJA (OVERMODULATION)
KOD SV PWM U PREMODULACIJU SE DOLAZI ODGOVARAJUĆIM ALGORITMOM, KOD KOJEG SE UOPĆE NE KORISTE NUL-VEKTORI.
GRANIČNA AMPLITUDA REFERENTNOG VEKTORA ZA LINEARNI NAČIN RADA JE U*max = Udc/3 (ODGOVARA INDEKSU MODULACIJE M = 0,906), A U NELINEARNOM SE NAČINU RADA MOŽE POSTIĆI SVE DO M = 1)
VAŽNI KRITERIJI PONAŠANJA MODULACIJA
• PODRUČJE LINARNOG RADA,
• SKLOPNI GUBICI (ZNATNO VEĆI I ZNAČAJNIJI OD GUBITAKA VOĐENJA),
• IZOBLIČENJA.
ADAPTIVNA VEKTORSKA MODULACIJA (ASVM)
• KORISTEĆI NAJBOLJA SVOJSTVA POJEDINIH TIPOVA MODULACIJA DAJE NAJBOLJE REZULTATE GLEDE KRITERIJA PONAŠANJA.
• OVISNO O TRAŽENOM INDEKSU MODULACIJE M, KORISTI SE OPTIMALNI NAČIN VEKTORSKE MODULACIJE
SLUČAJNA (RANDOM) PWM
• KOD DETERMINISTIČKIH METODA MODULACIJE DOBIVA SE DISKRETAN SPEKTAR, ČIJE POJEDINE KOMPONENTE MOGU ZADIRATI U OSJETLJIVA ILI ZABRANJENA PODRUČJA FREKVENCIJA (PRIMJERICE KOMUNIKACIJSKE KANALE)
• NASTAJU DODATNI GUBICI, NEŽELJENE VIBRACIJE
• POSTOJE 2 OSNOVNA RAZLOGA ZA ISTRAŽIVANJA SLUČAJNE MODULACIJE; SMANJENJE SUBJEKTIVNE BUKE, TE UJEDNAČAVANJE ELEKTROMAGNETSKOG ŠUMA (LAKŠE ZADOVOLJAVANJE NORMI)
• MOGU SE IZBJEĆI ANALOGNI UČINSKI FILTRI (TEŽINA I CIJENA)
SLUČAJNA (RANDOM) PWM
METODE PWM-a U OTVORENOJ PETLJI
ZAKLJUČCI
• PARAMETRI PWM PRETVARAČA (LINEARNO PODRUČJE RADA, HARMONICI STRUJE, SKLOPNI GUBICI) OVISE O POLOŽAJU NUL-VEKTORA KOD SVM, ODNOSNO O OBLIKU ZSS SIGNALA KOD CB-PWM.
• NE POSTOJI JEDINSTVENA PWM METODA KOJA OSIGURAVA OPTIMALAN RAD U CIJELOM PODRUČJU UPRAVLJANJA.
• ADAPTIVNA VEKTORSKA REGULACIJA JE OPTIMALNO RJEŠENJE, A REALIZIRA SE PROGRAMSKI!
METODE PWM-a U ZATVORENOJ PETLJITEMELJNI ZAHTJEVI I DEFINICIJE
• DANAS U VEĆINI PRIMJENA PWM PRETVARAČI S NAPONSKIM ULAZOM IMAJU REGULACIJSKU STRUKTURU S UNUTRAŠNJOM POVRATNOM VEZOM PO STRUJI.
• PONAŠANJE PRETVARAČA IZRAZITO OVISI O KVALITETI PRIMJENJENE STRATEGIJE REGULACIJE STRUJE
• PREDNOSTI PRETVARAČA SA ZATVORENOM POVRATNOM VEZOM:
1. KONROLA TRENUTNOG VALNOG OBLIKA STRUJE S VELIKOM TOČNOŠĆU,
2. IZRAZITO DOBRA DINAMIKA,
3. ZAŠTITA OD PREKOSTRUJA I POTISKIVANJE PREOPTEREĆENJA,
4. KOMPENZACIJA EFEKATA ZBOG PROMJENE PARAMETARA TROŠILA, PROMJENE DC I AC NAPONA,
5. KOMPENZACIJA PADA NAPONA NA SKLOPKAMA I MRTVIH VREMENA PRETVARAČA.
METODE PWM-a U ZATVORENOJ PETLJITEMELJNI ZAHTJEVI I DEFINICIJE
GLAVNI ZADATAK STRUJNO UPRAVLJANOG PWM PRETVARAČA (CC-PWM) JE DA PRISILI STRUJE TROFAZNOG TERETA NA TOČNO PRAĆENJE REFERENTNIH STRUJA.
USPOREDBOM ŽELJENIH I MJERENIH TRENUTNIH VRIJEDNOSTI STRUJA GENERIRAJU SE SKLOPNA STANJA PRETVARAČA KOJA UTJEČU NA SMANJENJE STRUJNE POGREŠKE.
U NAČELU STRUJNO UPRAVLJANJE (CC) OBAVLJA 2 ZADATKA; KOMPENZACIJA STRUJNE POGREŠKE I MODULACIJA.
METODE PWM-a U ZATVORENOJ PETLJITEMELJNI ZAHTJEVI NA STRUJNO UPRAVLJANJE
• PONIŠTAVANJE FAZNE I AMPLITUDNE POGREŠKE (IDEALNO PRAĆENJE, TRACKING) U ŠIROKOM OPSEGU IZLAZNIH FREKVENCIJA,
• DOBAR DINAMIČKI ODZIV SUSTAVA,
• OGRANIČENA ILI KONSTANTNA SKLOPNA FREKVENCIJA, ZBOG OSIGURANJA SIGURNOG RADA POLUVODIČKIH SKLOPKI,
• NIZAK SADRŽAJ VIŠIH HARMONIKA STRUJE,
• DOBRO ISKORIŠTENJE ISTOSMJERNOG ULAZNOG NAPONA.
METODE PWM-a U ZATVORENOJ PETLJISTATIČKI KRITERIJI KVALITETE STRUJNOG UPRAV.
METODE PWM-a U ZATVORENOJ PETLJIPRIKAZ METODA STRUJNOG UPRAVLJANJA
METODE PWM-a U ZATVORENOJ PETLJIPRIKAZ METODA STRUJNOG UPRAVLJANJA
DVIJE SU GLAVNE METODE:
• S IZDVOJENIM PWM BLOKOM (U OTVORENOJ PETLJI) (BOLJA SVOJSTVA)
• S DVOPOLOŽAJNIM (ON-OFF) REGULATOROM (JEDNOSTAVNOST)
METODE PWM-a U ZATVORENOJ PETLJIODABRANI PRIMJERI - PI REGULATOR STRUJE
“RAMP” COMPARISON REGULATOR
STRUJNA POGREŠKA VODI SE NA PI REGULATOR STRUJE, ČIJI IZLAZ SE USPOREĐUJE S TROKUTNIM NOSIOCEM, KAO KOD SPWM-a GENERIRAJU SE UPRAVLJAČKI SIGNALI ZA SKLOPKE PRETVARAČA.
IAKO JE METODA SLIČNA SINUSNOJ MODULACIJI, POSTOJI BITNA RAZLIKA U PONAŠANJU.
POSTOJE MOGUĆI PROBLEMI PRI USPOREDBI SIGNALA, TE JE PRIMJENA OGRANIČENA.
METODE PWM-a U ZATVORENOJ PETLJIODABRANI PRIMJERI - PI REGULATOR STRUJE
“RAMP” COMPARISON REGULATORDETALJNIJI PRIKAZ
METODE PWM-a U ZATVORENOJ PETLJIODABRANI PRIMJERI - PI REGULATOR STRUJE
STACIONARNI VEKTORSKI REGULATOR
KORISTI SE TRANSFORMACIJA KOORDINATA, BUDUĆI DA SE DJELUJE NA AC KOMPONENTE PREOSTAJE STATIČKA POGREŠKA STRUJE.
METODE PWM-a U ZATVORENOJ PETLJIODABRANI PRIMJERI - PI REGULATOR STRUJE
SINKRONI (ROTIRAJUĆI) VEKTORSKI REGULATOR
KORISTI KOMPONENTE STRUJE DEFINIRANE U ROTIRAJUĆEM KOORDINATNOM SUSTAVU, TO SU DC VELIČINE, TE JE MOGUĆE PONIŠTITI STATIČKU POGREŠKU STRUJE.
METODE PWM-a U ZATVORENOJ PETLJIODABRANI PRIMJERI - PI REGULATOR STRUJE
REGULATOR S POVRATOM VEZOM U PROSTORU STANJA (STATE FEEDBACK)
BOLJA SVOJSTVA OD KLASIČNIH PI REGULATORA, NO SINTEZA JE SLOŽENIJA.
METODE PWM-a U ZATVORENOJ PETLJIODABRANI PRIMJERI – NELINEARNI ON-OFF REG.
• HISTEREZNA MODULACIJA,
• DELTA MODULACIJA,
• ON-LINE OPTIMALNA MODULACIJA.
UZ BESKONAČNU FREKVENCIJU SKLAPANJA MOGLO BI SE POSTIĆI SAVRŠENO PRAĆENJE REFERENTNE STRUJE, NO FREKVENCIJU JE POTREBNO OGRANIČITI a) HISTEREZNOM b) DELTA MODULACIJOM
METODE PWM-a U ZATVORENOJ PETLJIODABRANI PRIMJERI – NELINEARNI ON-OFF REG.
HISTEREZNI REGULATOR STRUJE
PREDNOSTI:
• JEDNOSTAVNOST IZVEDBE,
• IZUZETNA ROBUSTNOST,
• IZVRSNA DINAMIKA.
NEDOSTACI:
• SKLOPNA FREKVENCIJA OVISI O PARAMETRIMA TROŠILA,
• TEŠKA ZAŠTITA PRETVARAČA, POMALO STOHASTIČKI RAD.
METODE PWM-a U ZATVORENOJ PETLJIODABRANI PRIMJERI – NELINEARNI ON-OFF REG.
DELTA REGULATOR STRUJE
NA PRVI POGLED VELIKA SLIČNOST S HISTEREZNOM MODULACIJOM, NO POSTOJI BITNA RAZLIKA.
KOMPARATORI OBRAĐUJU SAMO PREDZNAK POGREŠKE STRUJE.
S&H SKLOP OSIGURAVA ČVRSTU RADNU FREKVENCIJU.
U NAČELU NE POSTOJI PWM, GENERIRAJU SE SAMO OSNOVNI VEKTORI UNUTAR INTERVALA Ts.
DA BI SE POSTIGLI S PWM USPOREDIVI REZULTATI POTREBNO JE I DO 7 PUTA POVEĆATI SKLOPNU FREKVENCIJU.
METODE PWM-a
ZAKLJUČCI
PWM PRETVARAČI MOGU RADITI U NAPONSKOM (OPEN LOOP) I STRUJNOM (CLOSED LOOP) NAČINU RADA.
BOLJE PONAŠANJE I DINAMIKA POSTIŽU SE U STRUJNOM NAČINU RADA, POEBNO KOD ELEKTROMOTORNIH POGONA VELIKIH DINAMIČKIH ZAHTJEVA.
Recommended