Книга: Мелешин В. И., Овчинников д. А. «Управление транзисторными преобразователями электроэнергии»

Серия: "Мир радиоэлектроники"

Содержание:

Список основных обозначений...... 13 Предисловие...... 14 Введение...... 17 В. 1. Современное состояние и перспективы развития силовой электроники...... 17 В. 2. Системы управления...... 22 ЧАСТЬ I. НЕКОТОРЫЕ СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ И ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ...... 26 ГЛАВА 1. ОДНОФАЗНЫЙ КОРРЕКТОР КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ (ККМ)...... 26 1. 1. Взаимодействие силового ключа и диода, быстродействие диода и его влияние на основные показатели устройства...... 27 1. 2. Основы расчета дросселя ККМ...... 33 1. 3. Особенности работы ККМ в широком диапазоне напряжения сети...... 38 ГЛАВА 2. ТРЕХФАЗНЫЕ КОРРЕКТОРЫ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ...... 41 2. 1. Выпрямитель на основе трехфазного инвертора...... 42 2. 2. Выпрямитель Виенна...... 43 ГЛАВА 3. МОСТОВЫЕ DC-DC ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С ФАЗОВЫМ УПРАВЛЕНИЕМ...... 47 3. 1. Мостовой преобразователь с LC-фильтром...... 47 3. 2. Мостовой преобразователь с удвоителем тока, несимметричный режим работы трансформатора...... 48 3. 3. Двухтрансформаторный мостовой преобразователь...... 57 ГЛАВА 4. НЕСИММЕТРИЧНЫЕ ПОЛУМОСТОВЫЕ DC-DC ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ...... 64 4. 1. Свойства несимметричных полумостовых преобразователей...... 64 4. 2. Сравнение несимметричного полумостового преобразователя с другими схемотехническими решениями...... 68 4. 3. Решения, улучшающие работу несимметричного полумостового преобразователя...... 71 ГЛАВА 5. DC-DC ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С ДРОССЕЛЕМ НА ВХОДЕ...... 77 5. 1. Работа преобразователей без учета индуктивности рассеяния трансформатора...... 78 5. 2. Работа преобразователей с дросселем на входе при учете индуктивности рассеяния трансформатора...... 80 5. 3. Цепь клампа как средство обеспечения надежной работы преобразователя...... 81 5. 4. Анализ работы преобразователя с цепью клампа...... 82 5. 5. Пусковой режим...... 85 5. 6. Преимущества DC-DC преобразователя с дросселем на входе по сравнению с другими решениями...... 88 5. 7. Экспериментальные результаты...... 94 ГЛАВА 6. РЕЗОНАНСНЫЕ DC-DC ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С ПОДКЛЮЧЕНИЕМ НАГРУЗКИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО К РЕЗОНАНСНОМУ КОНТУРУ...... 98 6. 1. Работа при низкой частоте переключения (fo > f)...... 98 6. 2. Многорезонансный преобразователь...... 103 ЧАСТЬ II. ОСНОВЫ ТЕОРИИ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ...... 113 ГЛАВА 7. НЕПРЕРЫВНЫЕ ЛИНЕЙНЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ...... 113 7. 1. Реакция динамической системы на входное воздействие...... 113 7. 2. Преобразование Лапласа...... 116 7. 3. Структурные схемы САУ...... 129 7. 4. Временные параметры переходного процесса...... 134 7. 5. Частотные методы оценки свойств звеньев и систем...... 141 7. 6. Устройства коррекции...... 156 7. 7. Метод корневого годографа...... 164 7. 8. Метод пространства состояний...... 171 ГЛАВА 8. ДИСКРЕТНЫЕ СИСТЕМЫ...... 190 8. 1. Блок-схемы непрерывной и дискретной систем управления...... 191 8. 2. Разностные уравнения – основа описания дискретных систем...... 191 8. 3. Дискретная свертка...... 194 8. 4. Z-преобразование и обратное Z-преобразование...... 195 8. 5. Передаточная функция дискретной системы и ее частотная характеристика...... 204 8. 6. Передаточная функция дискретной системы: аппроксимация в s-области...... 208 8. 7. Анализ дискретной системы...... 212 8. 8. Метод пространства состояний для дискретных систем...... 224 ГЛАВА 9. СИЛОВАЯ ЧАСТЬ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ КАК ЗВЕНО СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ...... 233 9. 1. Непрерывные модели силовой части преобразователей...... 234 9. 2. Непрерывная линейная модель импульсного понижающего преобразователя напряжения...... 237 9. 3. Непрерывная линейная модель повышающего импульсного регулятора напряжения...... 240 9. 4. Непрерывная линейная модель несимметричного полумостового преобразователя...... 242 9. 5. Непрерывная линейная модель понижающего импульсного регулятора напряжения в режиме прерывистого тока дросселя...... 247 ГЛАВА 10. НЕКОТОРЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ КОМПЛЕКСА MATLAB ДЛЯ АНАЛИЗА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ...... 255 10. 1. Пакет для проектирования систем управления (Control System Toolbox)...... 255 10. 2. Пакет для обработки сигналов (Signal Processing Toolbox)...... 256 10. 3. Набор блоков и функций SymPowerSystems...... 257 10. 4. Годограф Найквиста, логарифмические частотные и временные характеристики (непрерывные системы)...... 258 10. 5. Метод корневого годографа (Root Locus), непрерывные системы...... 263 10. 6. Представление моделей по методу пространства состояний...... 265 10. 7. Дискретные системы...... 274 10. 8. Замкнутый обратной связью преобразователь...... 282 10. 9. Моделирование ИРН-1 в режиме прерывистого тока...... 290 ЧАСТЬ III. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ...... 295 ГЛАВА 11. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ...... 295 11. 1. Аналоговое управление...... 298 11. 2. Смешанная система управления...... 301 11. 3. Полностью цифровая система управления...... 302 11. 4. Дополнительные возможности систем управления преобразователями при использовании микроконтроллеров...... 304 ГЛАВА 12. МИКРОПРОЦЕССОРЫ И ПРОГРАММИРУЕМАЯ ЛОГИКА...... 305 12. 1. Общие сведения о микропроцессорах и микроконтроллерах...... 305 12. 2. Внутренняя структура построения микропроцессоров и микроконтроллеров...... 308 12. 3. Аналого-цифровой преобразователь...... 311 12. 4. Широтно-импульсный модулятор...... 319 12. 5. Цифро-аналоговый преобразователь...... 319 12. 6. Программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС)...... 324 ГЛАВА 13. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СИГНАЛЬНЫХ ПРОЦЕССОРАХ TEXAS INSTRUMENTS TMS320F280x...... 328 13. 1. Общая структура сигнальных процессоров TMS320F280x...... 328 13. 2. Среда разработки программного обеспечения Code Composer Studio...... 330 13. 3. Структура программного обеспечения при проектировании системы управления...... 338 13. 4. Организация единичного прерывания, принцип единичного прерывания при построении цифровой системы управления...... 342 13. 5. Аналого-цифровой преобразователь ЦСП серии TMS320F280x...... 346 13. 6. ШИМ-контроллер ЦСП серии TMS320F280x...... 349 ГЛАВА 14. ПРИМЕНЕНИЕ ФИЛЬТРОВ И ПИД-РЕГУЛЯТОРОВ ПРИ ЦИФРОВОМ УПРАВЛЕНИИ...... 362 14. 1. Две разновидности цифровых фильтров...... 363 14. 2. Расчет коэффициентов цифровых фильтров...... 364 14. 3. Существенные особенности управления преобразователями при использовании цифровых фильтров...... 368 14. 4. Квантование измеряемых сигналов на входах контроллера (шум АЦП)...... 369 14. 5. Квантование сигналов на выходе цифровой системы управления импульсным преобразователем (шум ШИМ)...... 371 14. 6. Арифметика при обработке сигналов, квантование коэффициентов цифровых фильтров, ошибки квантования при использовании арифметики с фиксированной запятой...... 373 14. 7. Ошибки цифровых фильтров, вызванные округлением и переполнением...... 385 14. 8. ПИД-регуляторы в системах управления преобразователями...... 386 ЧАСТЬ IV. ПОСТРОЕНИЕ АНАЛОГОВЫХ И СМЕШАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ...... 394 ГЛАВА 15. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОРРЕКТОРА КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СТАНДАРТНОГО КОНТРОЛЛЕРА...... 394 15. 1. Исходные данные для проектирования...... 394 15. 2. Параметры элементов силовой части...... 394 15. 3. Подключение контроллера...... 395 15. 4. Исходные данные для создания модели в MATLAB...... 397 15. 5. Модель корректора коэффициента мощности в MATLAB...... 397 15. 6. Корректирующие звенья по напряжению и току...... 400 15. 7. Сравнение с экспериментальными результатами...... 402 ГЛАВА 16. УПРАВЛЕНИЕ DC-DC ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ...... 404 16. 1. Принцип управления по максимальному току...... 404 16. 2. Особенности управления по максимальному току несимметричного полумостового преобразователя...... 406 16. 3. Основные требования, предъявляемые к преобразователю, результаты расчета и выбора компонентов...... 410 16. 4. Модель несимметричного полумостового преобразователя и расчет цепей коррекции...... 411 16. 5. Результаты моделирования преобразователя и эксперимента...... 418 ГЛАВА 17. ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ С КОРРЕКЦИЕЙ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ ПРИ СМЕШАННОМ УПРАВЛЕНИИ...... 420 17. 1. Защитные и сервисные функции выпрямителя...... 420 17. 2. Слежение за сетью и управление максимальной мощностью...... 422 ГЛАВА 18. ЭЛЕКТРОННАЯ НЕРАССЕИВАЮЩАЯ НАГРУЗКА 18. 1. Структурные схемы построения ЭНН на основе статических преобразователей...... 423 18. 2. Построение силовой части ЭНН...... 423 18. 3. Управление нагрузкой...... 427 18. 4. Практическое выполнение ЭНН...... 431 ГЛАВА 19. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦЕПЕЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ В ТРАНСФОРМАТОРНОМ ПОВЫШАЮЩЕМ МОСТОВОМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ – ПЕРВОЙ СТУПЕНИ ЭЛЕКТРОННОЙ НЕРАССЕИВАЮЩЕЙ НАГРУЗКИ...... 433 19. 1. Исходные данные для проектирования, структура и параметры силовой части...... 433 19. 2. Непрерывная линейная модель трансформаторного повышающего преобразователя...... 435 19. 3. Разомкнутая модель управления...... 435 19. 4. Замкнутая модель управления...... 442 ЧАСТЬ V. ПОСТРОЕНИЕ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ...... 444 ГЛАВА 20. ТРЕХФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР...... 444 20. 1. Формирование квазисинусоидального трехфазного напряжения (векторная широтно-импульсная модуляция)...... 444 20. 2. Построение защиты по току на основе ПИД-регулятора...... 450 20. 3. Управление трехфазным инвертором с использованием ЦСП...... 456 20. 4. Результаты испытаний инвертора...... 470 ГЛАВА 21. УПРАВЛЕНИЕ ОДНОФАЗНЫМ ИНВЕРТОРОМ...... 472 21. 1. Построение силовой части и принципы управления ключами...... 472 21. 2. Функции, выполняемые системой управления...... 473 21. 3. Система управления однофазным инвертором на основе цифрового сигнального процессора...... 474 21. 4. Параллельная работа инверторов...... 477 21. 5. Моделирование – этап проектирования системы управления...... 481 21. 6. Практическое выполнение инвертора...... 485 ГЛАВА 22. ПОВЫШАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С РЕЗОНАНСНЫМ DC-DC КОНВЕРТОРОМ И ЗАРЯДНЫМ УСТРОЙСТВОМ...... 486 22. 1. Построение отдельных узлов силовой части преобразователя...... 487 22. 2. Управление зарядным устройством...... 489 22. 3. Модель системы управления ЗУ в MATLAB...... 490 22. 4. Модель системы управления выходом 1...... 498 22. 5. Экспериментальные результаты...... 507 ГЛАВА 23. ЦИФРОВОЕ УПРАВЛЕНИЕ КОРРЕКТОРОМ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ...... 509 23. 1. Выбор структуры управления...... 510 23. 2. Проектирование контуров цифрового управления ККМ с использованием MATLAB Simulink...... 513 23. 3. Вопросы применения ЦСП...... 530 23. 4. Экспериментальные результаты разработки ККМ с цифровым сигнальным процессором...... 534 ГЛАВА 24. ЦИФРОВОЕ УПРАВЛЕНИЕ DC-DC ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ...... 536 24. 1. Силовая часть преобразователя...... 536 24. 2. Особенности выбора общей структуры управления...... 539 24. 3. Особенности широтно-импульсной модуляции при выбранном алгоритме цифрового управления...... 541 24. 4. Программная реализация...... 555 24. 5. Экспериментальные результаты...... 560 ГЛАВА 25. СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ С ЦИФРОВЫМ КОНТРОЛЛЕРОМ...... 567 ЛИТЕРАТУРА...... 570

Издательство: "Техносфера" (2011)

ISBN: 9785948362601