Матричные преобразователи


Матричный  преобразователь  частоты ( МПЧ)  является   одним   из   наиболее  перспективных  полупроводниковых   преобразователей   энергии  с  непосредственной  связью   источника  и  нагрузки   для  применения  в   тех  случаях,  когда требуется  наличие  режима  рекуперации  энергии  в   питающую   сеть   и  предъявляются   повышенные   требования   к  качеству   потребляемой   и  возвращаемой энергии. 

Его  преимуществами  относительно   ПЧ  с  неуправляемым   выпрямителем   являются :

  1.  Двунаправленный   обмен   энергии  между   сетью   и  нагрузкой; возможность   формирования  синусоидального  входного   тока   с  единичным  коэффициентом   сдвига.
  2. Отсутствие   в   силовой   схеме   конденсаторов  большой  емкости ,  являющихся  довольно   дорогостоящим   и  одним   из   самых   ненадежных   элементов традиционных  двухзвенных   ПЧ  с  инвертором  напряжения.
  3. Высокий   КПД  и  показатели   электромагнитной   совместимости   с  питающей сетью .
  4. Относительно  двухзвенных   ПЧ  с  активным  выпрямителем ( АВ)  и  инвертором   напряжения ( ИН)  МПЧ  более  компактен ,  надежен ,  энергетически  эффективен  и  потенциально   менее  дорог.

К  недостаткам  МПЧ  относительно   двухзвенных   ПЧ  с  АВ  и  ИН  можно   отнести

  1. Увеличенное  количество   полупроводниковых   приборов (36  против  24).
  2. Меньший   коэффициент   использования  входного   напряжения.
  3. Более  сложное   управление.
  4. Менее  отработанную  и  освоенную   на   данный  момент  времени   технологию  производства  полупроводниковых   модулей  и  микропроцессорных   контроллеров ,  специализированных  под   топологию   преобразователя.

В  настоящее  время   промышленностью  выпускаются   специализированные  IGBT- модули,  ориентированные   на   топологию   матричного   преобразователя ,  в   частности,  выполненные   в   одном   корпусе  по  схеме   соединения   транзисторов   с  общим   коллектором.  Разработан   метод  четырехэтапной  коммутации  двунаправленных   ключей  МПЧ,  обеспечивающий  отсутствие   в алгоритме  коммутации  интервалов   короткого  замыкания   между   входными фазами  и  приводящих  к  перенапряжениям   интервалов   разрыва  тока   нагрузки . Это  существенно   повысило  надежность   МПЧ  и  устранило  необходимость применения  снабберных  цепей .  Для  формирования  управляющих   воздействий   на   ключи   МПЧ  применяют   как  стратегию  пространственно-векторного   управления ,  так  и  традиционный  подход,  основанный  на   сравнении   модулирующего  и  несущего  сигналов.  Известно,  что традиционный  подход  при   синусоидальном  модулирующем   сигнале  ограничивает   коэффициент   использования  напряжения  на   уровне  0,5. Некоторого  повышения   этого  коэффициента  добиваются  введением   в  модулирующий  сигнал   высших  гармонических   составляющих.  Более  ощутимых   результатов можно   добиться   применением   стратегии  пространственно — векторной  модуляции .  Ее  суть   и  применение  к  управлению  мостовыми   инверторами  напряжения  изложена  в,  а  применительно   к  непосредственным  преобразователям  частоты.  Стратегия  изначально   ориентирована  на   микропроцессорную  реализацию  системы   управления   и  позволяет  синтезировать алгоритмы   управления   по  определенным  заданным  критериям ,  в   частности,  с предельно  достижимым   значением   коэффициента  использования  напряжения,  с  минимизацией  пульсаций  выходного   тока   при   заданной   частоте  переключений,  с  минимизацией  числа  переключений  преобразователя  в   цикле модуляции   и  по  другим  критериям .  Многообразие  выходных  состояний МПЧ,  возможных   вариантов  их  комбинации  при   синтезе  управляющих   воздействий   и  критериев  синтеза  определяет   сложность   и  многогранность   задачи  синтеза  алгоритмов   управления ,  которая  на   данное   время   изучена  недостаточно. Рассматриваются  вопросы   синтеза  алгоритмов   управления   МПЧ в   рамках  стратегии  пространственно-векторного   формирования  ШИМ  с  жестко   заданным   законом   коммутации.  Рассматривается  также   методика   синтеза  и полученные  на   ее   основе   алгоритмы   управления   МПЧ,  позволяющие   получить   максимальный  коэффициент   использования  входного   напряжения,  равный  0,867  при   синусоидальной   форме   выходного   напряжения  и  входного   тока .

При проектировании системы системы управления ключами преобразователя необходимо делать поправку на мертвое время открывания и закрывания ключей инвертора. Ключи надо повесить на ток. Можно конечно повесить на что-то другое. Например подойдет ключница настенная. При положительном протекании тока в фазе необходимо добавлять добавку равную примерно 1-2 % от заданного значения. При отрицательном токе соответсвтенно вычесть.