ШИМ на основе сравнения сигналов управления с опорным сигналом


Структурная схема формирования ШИМ на основе сравнения сигналов  для  трехфазного  инвертора  напряжения  изображена  на  рис.1.

Модулятор  содержит  генератор  опорного  сигнала  несущей  частоты  ШИМ,  сумматоры,  нуль-органы (HOa, HOb, HOc, )  и  формирователи  дискретных  сигналов.  В  функции  формирователей  дискретных  сигналов  входит  распределение  импульсов  управления  между  ключами  и  формирование  задержек  переключения  ключей  в  целях  исключения  сквозных  токов.  При  синусоидальной  форме  входных  сигналов  задания   на  выходе  инвертора  формируются  напряжения,  эквивалентные  (усредненные  на  периоде  модуляции)  значения  которых  изменяются  по синусоидальному закону.

shim na osnove sravneniya signalov upravleniya s opornym signalom ШИМ на основе сравнения сигналов управления с опорным сигналом

Рис.1.  Схема формирования ШИМ методом сравнения задающих и
опорного сигналов

  Структурная  схема  на  рис.7.1  хорошо  адаптирована  для  реализации в аналоговых системах управления, где первоначальна и получила  распространение.  В  цифровых  системах  управления  возможна  и  альтернативная реализация алгоритмов ШИМ, не требующая воспроизведения опорного сигнала.   На  рис.2  показано,  как  формируется  трехфазное  напряжение  на  фазах  нагрузки,  соединенной  в  звезду.  На  рисунке  заштрихованными  горизонтальными  линиями  отмечены  состояния  сигналов f1a, f2a, f1b, f2b, f1c, f2c ,  а  следовательно,  и  замкнутые  состояния  ключей 1a, 2a, 1b, 2b, 1c, 2c. Фазные напряжения на выходе могут принимать пять разных значений:

 ШИМ на основе сравнения сигналов управления с опорным сигналом

Линейное  напряжение  между  фазами  А  и  В  определено  как

 ШИМ на основе сравнения сигналов управления с опорным сигналом

  Можно отметить, что алгоритм работы рассматриваемой  схемы  исключает  возможность  одновременного  замыкания  обоих ключей одного плеча моста.

shim na osnove sravneniya signalov upravleniya s opornym signalom1 ШИМ на основе сравнения сигналов управления с опорным сигналомРис.2. Формирование напряжения на выходе трехфазного инвертора

Основным  недостатком  синусоидальной  ШИМ,  формируемой  методом сравнения, является невысокий коэффициент использования напряжения питания. Он определяется соотношением

 ШИМ на основе сравнения сигналов управления с опорным сигналом

где Uлm —  максимальное  значение  амплитуды  линейного  выходного  напряжения  инвертора.  Реальное  значение  выходного  напряжения инвертора  будет  еще  ниже  из-за  ограничения  минимальной  величины  импульсов управления инвертором.

   С  целью  повысить  коэффициент  использования  напряжения  применяются  так  называемые  модифицированные  ШИМ,  отличающиеся  от  базовой  синусоидальной  ШИМ  наличием  блока  предварительной  модуляции (предмодуляции). В состав этого блока (рис.3) входят генератор  сигнала  предмодуляции  и  три  сумматора  этого  сигнала  с  задающими  воздействиями  на  входах  системы  управления.  Одним  из  эффективных  и  вместе  с  тем  относительно  несложных  в  реализации  способов  предмодуляции  является  предмодуляция  путем  введения  третьей гармоники в сигналы задания с амплитудой

 ШИМ на основе сравнения сигналов управления с опорным сигналом

  ШИМ на основе сравнения сигналов управления с опорным сигналом

Рис.3.  Схема блока предмодуляции

  Иллюстрация данного способа представлена на рис.4.   Использование  предмодуляции  позволяет  повысить  коэффициент  использования  напряжения  в  режиме  максимального  неискаженного  выхода теоретически до 1 (Uлm=Ud  ) и снизить величину пульсаций  электромагнитного момента и тока статора на 10—12 %.

shim na osnove sravneniya signalov upravleniya s opornym signalom2 ШИМ на основе сравнения сигналов управления с опорным сигналом

Рис.4.  Предмодуляция сигнала третьей гармоники

Общими недостатками формирования ШИМ путем сравнения сигналов управления с опорным являются:

  1. ориентация на реализацию средствами аналоговой элементной базы;
  2. повышенная  сложность  реализации  при  необходимости  получить  высокий коэффициент использования источника питания;
  3. недостаточная  гибкость для  синтеза оптимальных  законов  коммутации ключей инвертора в различных режимах работы привода.    Указанных  недостатков  лишен  векторный  метод  формирования  ШИМ.