Асинхронная и синхронная ШИМ


Важным  показателем,  характеризующим  алгоритм  управления,  является  коэффициент  модуляции,  представляющий  собой  отношение  частоты  модуляции  к  частоте  основной  гармоники  выходного  напряжения инвертора:asinxronnaya i sinxronnaya shim Асинхронная и синхронная ШИМ
где  Tu1,Tm—  периоды  основной  гармоники  и  модуляции  напряжения. Для треугольной центрированной ШИМ  Tm =Tц/2.

Если  в  заданном  диапазоне  изменения  частоты  fu1  коэффициент  модуляции принимает только целые значения, то алгоритм модуляции  в этом диапазоне частот называют синхронным. Если Km  при изменении  fu1   способен  принимать  дробные  значения,  то  алгоритм модуляции называют асинхронным.  

Асинхронные алгоритмы наиболее просты в реализации, их часто-та  модуляции  принимается  постоянной и  не  изменяется  с  изменением  частоты  основной  гармоники  напряжения.  Общим  недостатком  таких  алгоритмов является  наличие  в  выходном  напряжении  инвертора  субгармонических  составляющих,  которые  появляются  при  дробных  значениях Km. При определенных условиях они могут приводить к пол-ной  неработоспособности  электропривода,  проявляющейся  в  низко-частотных биениях его переменных. Подобные явления возникают, как  правило,  в  частотных  электроприводах,  в  которых  отсутствует  слежение за мгновенными значениями тока фаз статора. Эффект усиливается при снижении Km , что происходит с ростом частоты основной гармоники  напряжения.  Существенное  влияние  на  степень  проявления  данного  эффекта  способна  оказывать  ограниченная  разрядность  микроконтроллера,  осуществляющего  формирование  алгоритма  управления.

Применение  синхронного  алгоритма  управления  ключами  инвертора  позволяет  практически  полностью  устранить  субгармонические  составляющие  в  выходном  напряжении  и  связанные  с  этим  отрицательные явления в электроприводе. Введение симметрии в расположение векторов напряжения в пределах одного сектора и между сектора-ми  позволяет  обеспечить  существенное  снижение  искажения  формы  выходного напряжения в пределах одного периода основной гармоники.

Наряду  с  указанными  положительными  моментами,  применение  синхронного алгоритма векторного  формирования  сопряжено  с рядом  следующих проблем:

во-первых, при синхронном алгоритме частота модуляции пропорциональна  частоте основной  гармоники, что  вводит в процесс  формирования алгоритма дополнительную переменную;

во-вторых, допустимый по условиям нормальной работы электропривода  диапазон  изменения  частоты  модуляции,  как  правило,  существенно  меньше  диапазона  изменения  частоты  основной  гармоники  напряжения.  Это  предполагает  формирование  нескольких  участков  синхронного  алгоритма,  каждый  из  которых  характеризуется  своим  постоянным коэффициентом модуляции (числом векторов эквивалентного  напряжения,  формируемых  на  периоде  основной  гармоники  выходного  напряжения).  Число  участков  зависит  от  допустимого  диапазона изменения частоты модуляции. В момент перехода с одного участка синхронного алгоритма на другой участок частота модуляции из-меняется скачкообразно (рис.1).

asinxronnaya i sinxronnaya shim 01 Асинхронная и синхронная ШИМ Рис.1.  График изменения частоты модуляции в синхронном алгоритме ШИМ

Для  осуществления  плавного  перехода  с  одного  участка  синхронного  алгоритма  на  соседний  участок  необходимо  и  достаточно  состыковать  в  точке  перехода  мгновенные  значения  основной  гармоники  выходного напряжения инвертора.