Управление транзисторными преобразователями электроэнергии

Список основных обозначений ......Page 14
Предисловие ......Page 15
В.1. Современное состояние и перспективы развития силовой электроники ......Page 18
В.2. Системы управления ......Page 23
ГЛАВА 1. ОДНОФАЗНЫЙ КОРРЕКТОР КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ (ККМ) ......Page 27
1.1. Взаимодействие силового ключа и диода, быстродействие диода и его влияние на основные показатели устройства ......Page 28
1.1.1. Потери мощности в открытом ключе ......Page 29
1.1.3. Потери мощности при включении ключа ......Page 30
1.1.4. Потери мощности при выключении диода ......Page 31
1.2. Основы расчета дросселя ККМ ......Page 34
1.3. Особенности работы ККМ в широком диапазоне напряжения сети ......Page 39
ГЛАВА 2. ТРЕХФАЗНЫЕ КОРРЕКТОРЫ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ ......Page 42
2.1. Выпрямитель на основе трехфазного инвертора ......Page 43
2.2. Выпрямитель Виенна ......Page 44
3.1. Мостовой преобразователь с LC-фильтром ......Page 48
3.2. Мостовой преобразователь с удвоителем тока, несимметричный режим работы трансформатора ......Page 49
3.3. Двухтрансформаторный мостовой преобразователь ......Page 58
4.1. Свойства несимметричных полумостовых преобразователей ......Page 65
4.2. Сравнение несимметричного полумостового преобразователя с другими схемотехническими решениями ......Page 69
4.3. Решения, улучшающие работу несимметричного полумостового преобразователя ......Page 72
4.4. Экспериментальные результаты ......Page 76
5.1. Работа преобразователей без учета индуктивности рассеяния трансформатора ......Page 78
5.2. Работа преобразователей с дросселем на входе при учете индуктивности рассеяния трансформатора ......Page 81
5.3. Цепь клампа как средство обеспечения надежной работы преобразователя ......Page 82
5.4. Анализ работы преобразователя с цепью клампа ......Page 83
5.5. Пусковой режим ......Page 86
5.6. Преимущества DC-DC преобразователя с дросселем на входе по сравнению с другими решениями ......Page 89
5.7. Экспериментальные результаты ......Page 95
6.1. Работа при низкой частоте переключения (f0 > f) ......Page 99
6.2. Многорезонансный преобразователь ......Page 104
6.2.1. Работа при высокой частоте коммутации (f06.2.2. LLC-преобразователь ......Page 108
7.1. Реакция динамической системы на входное воздействие ......Page 114
7.1.1. Импульсная функция, ее свойства ......Page 115
7.1.2. Связь непрерывного сигнала с 5-функцией ......Page 116
7.2. Преобразование Лапласа ......Page 117
7.2.1. Свойства преобразования Лапласа ......Page 119
7.2.2. Обратное преобразование Лапласа ......Page 122
7.2.3. Передаточная функция и частотная характеристика ......Page 126
7.3. Структурные схемы САУ ......Page 130
7.4. Временные параметры переходного процесса ......Page 135
7.5.1. Амплитудно-фазовые частотные характеристики ......Page 142
7.5.2. Графическое изображение амплитудно-фазовых частотных характеристик ......Page 144
7.5.3. Частотные критерии устойчивости ......Page 147
7.6.1. Оценка переходного процесса по виду ЛАХ замкнутой системы ......Page 157
7.6.2. Инерционное пропорционально-дифференцирующее звено ......Page 159
7.6.3. Корректирующее звено с отставанием по фазе ......Page 162
7.6.4. Пропорционально-интегродифференцирующее звено ......Page 164
7.7. Метод корневого годографа ......Page 165
7.7.1. Свойства корневого годографа ......Page 167
7.7.2. Влияние цепей коррекции на корневой годограф системы ......Page 170
7.8. Метод пространства состояний ......Page 172
7.8.1. Запись уравнений по методу пространства состояний ......Page 173
7.8.2. Уравнения состояния в стандартной форме ......Page 176
7.8.3. Уравнения состояния в управляющей канонической форме (control canonical form) ......Page 180
7.8.4. Уравнения состояния в модальной форме ......Page 181
7.8.5. Управление на основе обратных связей от переменных состояния ......Page 188
ГЛАВА 8. ДИСКРЕТНЫЕ СИСТЕМЫ ......Page 191
8.2. Разностные уравнения - основа описания дискретных систем ......Page 192
8.3. Дискретная свертка ......Page 195
8.4. Z-преобразование и обратное Z-преобразование ......Page 196
8.4.1. Свойства Z-преобразования ......Page 199
8.4.2. Обратное Z-преобразование ......Page 202
8.5. Передаточная функция дискретной системы и ее частотная характеристика ......Page 205
8.5.1. Частотная характеристика дискретной системы ......Page 207
8.6.1. Аппроксимация на основе численного интегрирования методом трапеций ......Page 209
8.6.2. Аппроксимация методом подбора нулей и полюсов (matched pole-zero method) ......Page 212
8.7. Анализ дискретной системы ......Page 213
8.7.1. Метод дискретных эквивалентов ......Page 214
8.7.2. Метод прямого (непосредственного) проектирования дискретной системы ......Page 217
8.8.1. Определение переходной матрицы состояния ......Page 225
8.8.2. Управляемость дискретной системы ......Page 229
8.8.3. Задание полюсов в замкнутой дискретной системе ......Page 231
ГЛАВА 9. СИЛОВАЯ ЧАСТЬ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ КАК ЗВЕНО СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ......Page 234
9.1. Непрерывные модели силовой части преобразователей ......Page 235
9.1.1. Линеаризация непрерывной модели силовой части преобразователя ......Page 236
9.2. Непрерывная линейная модель импульсного понижающего преобразователя напряжения ......Page 238
9.3. Непрерывная линейная модель повышающего импульсного регулятора напряжения ......Page 241
9.4. Непрерывная линейная модель несимметричного полумостового преобразователя ......Page 243
9.5.1. Получение непрерывной нелинейной модели ......Page 248
9.5.2. Линейная модель ......Page 252
10.1. Пакет для проектирования систем управления (Control System Toolbox) ......Page 256
10.2. Пакет для обработки сигналов (Signal Processing Toolbox) ......Page 257
10.3. Набор блоков и функций SymPowerSystems ......Page 258
10.4.1. Построение годографа Найквиста ......Page 259
10.4.2. Логарифмические частотные характеристики ......Page 261
10.4.3. Временные характеристики ......Page 262
10.5. Метод корневого годографа (Root Locus), непрерывные системы ......Page 264
10.6.1. Преобразование из передаточной функции в модель пространства состояний и обратно ......Page 266
10.6.2. Получение матриц уравнений состояния в модальной форме ......Page 269
10.6.3. Применение формулы Акерманна ......Page 273
10.7.1. Преобразования непрерывной системы в дискретную и обратно ......Page 275
10.7.2. Частотные характеристики дискретных систем ......Page 279
10.7.3. Метод корневого годографа для дискретных систем ......Page 280
10.8.1. Моделирование ИРН-1 на основе передаточной функции ......Page 283
10.8.2. Модель ИРН-1 на основе электрической схемы ......Page 284
10.8.3. Разомкнутая система управления ......Page 285
10.9. Моделирование ИРН-1 в режиме прерывистого тока ......Page 291
ГЛАВА 11. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ ......Page 296
11.1. Аналоговое управление ......Page 299
11.2. Смешанная система управления ......Page 302
11.3. Полностью цифровая система управления ......Page 303
11.4. Дополнительные возможности систем управления преобразователями при использовании микроконтроллеров ......Page 305
12.1. Общие сведения о микропроцессорах и микроконтроллерах ......Page 306
12.2. Внутренняя структура построения микропроцессоров и микроконтроллеров ......Page 309
12.3.1. Обзор основных типов ......Page 312
12.3.2. Параметры АЦП ......Page 316
12.5. Цифро-аналоговый преобразователь ......Page 320
12.5.2. Характеристики ЦАП ......Page 321
12.5.3. Примеры применения ЦАП ......Page 322
12.6. Программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) ......Page 325
13.1. Общая структура сигнальных процессоров TMS320F280x ......Page 329
13.2. Среда разработки программного обеспечения Code Composer Studio ......Page 331
13.3. Структура программного обеспечения при проектировании системы управления ......Page 339
13.4. Организация единичного прерывания, принцип единичного прерывания при построении цифровой системы управления ......Page 343
13.5. Аналого-цифровой преобразователь ЦСП серии TMS320F280x ......Page 347
13.6. ШИМ-контроллер ЦСП серии TMS320F280x ......Page 350
ГЛАВА 14. ПРИМЕНЕНИЕ ФИЛЬТРОВ И ПИД-РЕГУЛЯТОРОВ ПРИ ЦИФРОВОМ УПРАВЛЕНИИ ......Page 363
14.1. Две разновидности цифровых фильтров ......Page 364
14.2. Расчет коэффициентов цифровых фильтров ......Page 365
14.3. Существенные особенности управления преобразователями при использовании цифровых фильтров ......Page 369
14.4. Квантование измеряемых сигналов на входах контроллера (шум АЦП) ......Page 370
14.4.1. Снижение шума выборкой с запасом по частоте ......Page 371
14.5. Квантование сигналов на выходе цифровой системы управления импульсным преобразователем (шум ШИМ) ......Page 372
14.6. Арифметика при обработке сигналов, квантование коэффициентов цифровых фильтров, ошибки квантования при использовании арифметики с фиксированной запятой ......Page 374
14.6.1. Арифметика при цифровой обработке сигналов ......Page 375
14.6.2. Квантование коэффициентов цифровых фильтров ......Page 379
14.6.3. Анализ точности в MATLAB с помощью блоков для моделирования систем ЦОС ......Page 383
14.7. Ошибки цифровых фильтров, вызванные округлением и переполнением ......Page 386
14.8. ПИД-регуляторы в системах управления преобразователями ......Page 387
14.8.1. Работа ПИД-регулятора с учетом насыщения ......Page 392
15.2. Параметры элементов силовой части ......Page 395
15.3. Подключение контроллера ......Page 396
15.5. Модель корректора коэффициента мощности в MATLAB ......Page 398
15.6. Корректирующие звенья по напряжению и току ......Page 401
15.7. Сравнение с экспериментальными результатами ......Page 403
16.1. Принцип управления по максимальному току ......Page 405
16.2. Особенности управления по максимальному току несимметричного полумостового преобразователя ......Page 407
16.3. Основные требования, предъявляемые к преобразователю, результаты расчета и выбора компонентов ......Page 411
16.4. Модель несимметричного полумостового преобразователя и расчет цепей коррекции ......Page 412
16.5. Результаты моделирования преобразователя и эксперимента ......Page 419
17.1. Защитные и сервисные функции выпрямителя ......Page 421
17.2. Слежение за сетью и управление максимальной мощностью ......Page 423
18.2. Построение силовой части ЭНН ......Page 424
18.3. Управление нагрузкой ......Page 428
18.3.1. Режим запуска ......Page 430
18.3.2. Нормальный режим ......Page 431
18.4. Практическое выполнение ЭНН ......Page 432
19.1. Исходные данные для проектирования, структура и параметры силовой части ......Page 434
19.3. Разомкнутая модель управления ......Page 436
19.4. Замкнутая модель управления ......Page 443
20.1. Формирование квазисинусоидального трехфазного напряжения (векторная широтно-импульсная модуляция) ......Page 445
20.2. Построение защиты по току на основе ПИД-регулятора ......Page 451
20.2.1. Модель трехфазного инвертора ......Page 453
20.2.2. ПИД-регулятор в системе управления ......Page 455
20.2.3. Замкнутая система управления ограничением тока инвертора ......Page 456
20.3.1. Программная реализация управления ......Page 457
20.3.2. Работа ШИМ, АЦП, прерывания ......Page 459
20.3.3. Описание макросов ......Page 468
20.4. Результаты испытаний инвертора ......Page 471
21.1. Построение силовой части и принципы управления ключами ......Page 473
21.2. Функции, выполняемые системой управления ......Page 474
21.3. Система управления однофазным инвертором на основе цифрового сигнального процессора ......Page 475
21.4.1. Использование связи по цепям управления ......Page 478
21.4.2. Независимое управление каждым инвертором ......Page 479
21.5. Моделирование — этап проектирования системы управления ......Page 482
21.6. Практическое выполнение инвертора ......Page 486
ГЛАВА 22. ПОВЫШАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С РЕЗОНАНСНЫМ DC-DC КОНВЕРТОРОМ И ЗАРЯДНЫМ УСТРОЙСТВОМ ......Page 487
22.1. Построение отдельных узлов силовой части преобразователя ......Page 488
22.2. Управление зарядным устройством ......Page 490
22.3.1. Модель системы управления ЗУ по напряжению ......Page 491
22.3.2. Модель системы управления ЗУ по току защиты ......Page 495
22.3.3. Дискретная модель системы управления ЗУ ......Page 496
22.4.1. Модель системы стабилизации напряжения выхода 1 ......Page 499
22.4.2. Модель системы ограничения тока выхода 1 ......Page 504
22.4.3. Общая модель системы управления выходом 1 ......Page 506
22.5. Экспериментальные результаты ......Page 508
ГЛАВА 23. ЦИФРОВОЕ УПРАВЛЕНИЕ КОРРЕКТОРОМ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ ......Page 510
23.1. Выбор структуры управления ......Page 511
23.2.1. Исходная модель силовой части ККМ ......Page 514
23.2.2. Дискретная линейная модель ККМ ......Page 516
23.2.3. Дискретная нелинейная модель ККМ ......Page 519
23.2.4. Синтез цифровой коррекции контура по выходному напряжению ......Page 524
23.2.5. Синтез цифровой коррекции контура по току дросселя ......Page 527
23.2.6. Окончательная модель ККМ и результаты моделирования ......Page 528
23.3. Вопросы применения ЦСП ......Page 531
23.4. Экспериментальные результаты разработки ККМ с цифровым сигнальным процессором ......Page 535
24.1. Силовая часть преобразователя ......Page 537
24.2. Особенности выбора общей структуры управления ......Page 540
24.3. Особенности широтно-импульсной модуляции при выбранном алгоритме цифрового управления ......Page 542
24.3.1. Непрерывная нелинейная модель НПП в MATLAB Simulink ......Page 543
24.3.2. Корректирующее звено в канале регулирования и стабилизации выходного напряжения ......Page 547
24.3.3. Коррекция в канале регулирования выходного тока ......Page 554
24.4. Программная реализация ......Page 556
24.5. Экспериментальные результаты ......Page 561
ГЛАВА 25. СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ С ЦИФРОВЫМ КОНТРОЛЛЕРОМ ......Page 568
ЛИТЕРАТУРА ......Page 571