Ag cur Casta sa Tuarascáil Invertéara le Teicneolaíocht PWM Ard-uafásach

Echo

Réimse: Anailís Anatriantóir

China

Mar gheallann an t-éileamh ar rialú cruinn i bpróisis tionsclaíocha leanúin ag dul i méid, tá teicneolaíocht Pulsáil Leorleitheid (PWM) traidisiúnta ag brath orthu chun na riachtanais do fheidhmíocht dianachmhaire agus réimse harmonach íseal a shásamh. I gcomparáid, cuireann teicneolaíocht PWM ard-fhréimeachta le cáilíocht an fhuaimnín amach agus laghdaíonn sí na harmónacha córais trí éirí an fhréime cairtín a mhéadú, ag optamú feidhmiú invertéaraí. Mar thoradh, tá aonspiorad idir eifeachtacht an chórais agus ionraíocht nuair a úsáideann teicneolaíocht PWM ard-fhréimeachta tar éis teacht chun cinn mar gníomh forbartha teicneolaíochta invertéara.

1. An Téarmaíocht Bunúsach agus Na Carachtaraithe Teicniúla de PWM Ard-Fhréimeachta

Is é teicneolaíocht PWM an t-eolaíocht bunúsach atá in úsáid i gcórais rialú reiligeacha invertéaraí chun voltagh agus fréimeacht a rialú. Gineann sé seicheán pólachta trí thomhaisín comhthomhasacha le saincheolanna cairtín agus úsáideann sé na seicheáin pólachta seo chun stádas scuiling a rialú roghnú, agus ansin a dhéanamh rialú cruinn ar fhuinneamh chuig an loada. Sa rialú invertéara, is féidir an meánrach $D$ de PWM a léiriú i gcomparáid le meastachán tomhais $V_{ref}$ agus meastachán cairtín $V_{tri}$ mar seo:

Tá an ráta modhnála $m$ á mhaíomh mar ráta an meastacháin tomhais go dtí an meastachán cairtín. Tá tionchar dhírecte aige ar luach cothroime agus carachtar harmonach an fhuaime n-amach. Is é an fhoirmle don ráta seo:

Tá an fréimeacht cairtín $f_{c}$ ag tagairt do fhréimeacht an triantánach a úsáideann chun an seicheán PWM a ghníomhú. Tá a luach ag tionchar dhírecte ar spéirfhreagrachas an chórais agus ar réimse na n-harmónach amach. Tá an ráta fréimeachta $N$ á mhaíomh mar ráta an fhréimeacht cairtín go dtí an fhréimeacht meastacháin, agus is é an fhoirmle:

áit $f_{1}$ an fhréimeacht meastacháin. Tá teicneolaíocht PWM ard-fhréimeachta ag tagairt go háirithe do theicneolaíochtaí rialú PWM le fhréimeacht cairtín os cionn 10 kHz. Sa lá atá inniu ann, le forbairt leanúnach ar fhorbairt déileáil fhuinneamha, tá fhréimeachtaí cairtín tar éis éirí go 20 kHz nó níos airde. Trí éirí an fhréimeacht cairtín a mhéadú, dírítear na compónáid harmónacha chuig réimsí fhréimeachta níos airde, ag cur go hóg a chur ar scagadh i gceannaire agus ag laghdú go héifeachtach ar toradh motair agus ar bhogadh.

Léiríonn taiscéalaí nach maith leat go díreach an fhréimeacht cairtín a mhéadú ó 5 kHz go 20 kHz is féidir laghdú a dhéanamh ar toradh motair idir 12–15 dB agus laghdú a dhéanamh ar éirí teasa idir 5–8 °C. Mar a fhréimeacht cairtín a mhéadú, díríonn an fhuaimnín amach go cruinn níos mó ar fhuaimnín sine, agus laghdáil go suntasach ar Distortiún Harmónach Cothroime (THD). Ag fhréimeacht cairtín 20 kHz, téiteann THD an fhuaime n-amach invertéara go 5%, rud a bhfuil go mór níos fearr ná 8%–12% a bhíonn go traidisiúnta le teicneolaíochtaí PWM íseal-fhréimeachta. Chomh maith leis sin, tá roinnt buntáistí ag PWM ard-fhréimeachta cosúil le freagrachas dianachmhaire níos tapa agus cruinneolas rialú níos airde.

2. Na Príomhchúrsaí Cúramach i bhFeidhmiú PWM Ard-Fhréimeachta agus a nRéiteach

2.1 Tuilleadh Mórdha agus Modhanna Laghdú

An t-ábhar is mó a bhaineann le teicneolaíocht PWM ard-fhréimeachta ná an tuilleadh mór módha scuiling. Ós rud é go bhfuil an tuilleadh módha déileáil fuinneamha ina choincheap prágmatiúil leis an fhréimeacht scuiling, is féidir go mbeidh an t-eifeachtacht córas ag laghdú agus go mbeidh an t-iarcaíocht teasa ag éirí níos measa. Is féidir an tuilleadh módha $P_{sw}$ aon módúl Transistóir Bipólar Insiltáil (IGBT) a mhodhú mar seo:

áit $E_{on}$ agus $E_{off}$ sontáil fuinneamha scuiling, go leith; $E_{rr}$ an t-éirí fuinneamha; $V_{dc}$ an voltagh bus DC fíric; $V_{ref}$ an voltagh meastacháin; $I_{c}$ an currach fíric; agus $I_{ref}$ an currach meastacháin.

Chun an tuilleadh módha a chosc, is féidir an t-iarracht seo a dhéanamh:
Ar dtús, úsáid déileáil fuinneamha forleathan cosúil le Transistóir Field-Effect Carbón Silice (SiC MOSFET), a bhfuil a chuid carachtar scuiling níos fearr ná IGBT traidisiúnta;
Anois, achoimre ar an gcircuit scuiling geata trí úsáid teicneolaíochtaí dráide dhá-shléibhe chun an t-impédance geata a athrú go dinimiciúil le linn na scuiling, ag aistriú idir spéirfhreagrachas scuiling agus imbhaint electromagnetach (EMI);
Deiridh, cuardaigh teicneolaíochtaí scuiling bog, cosúil le topologaí scuiling folamh-volt (ZVS) nó scuiling folamh-currach (ZCS), chun an tuilleadh módha a laghdú go suntasach.

2.2 Tábhacht Amréidh agus Modhanna Comhbhá

Faoin oibriú PWM ard-fhréimeachta, cé go mbíonn an réidh amréidh consant, tá a chuid cothrom le dáta an phríod scuiling ag éirí níos mó, ag déanamh an t-efect amréidh níos soiléir. Is féidir go mbeidh tionchar seo ar distirtú voltagh amach, laghdú ar fheidhmiú íseal-loingse, agus éirí níos mó ar fheiste buailte. Chun na ceisteanna seo a chosc go héifeachtach, úsáideann algoritmaí comhbhá amréidh, agus is é an fhoirmle:

3 Scéim Forbairt Bunaithe ar FPGA do Theicneolaíocht PWM Ard-Fhréimeachta

3.1 Dearadh Achitectúrach Córais

Cuireann rialú PWM ard-fhréimeachta isteach iarratas níos airde ar fheidhmiú réalaí agus cruinneolas rialú plátfoirmí ríomhaireachta. Tá Digital Signal Processors (DSP) traidisiúnta ag déanamh iarrachtaí chun a dhéanamh PWM ard-fhréimeachta, ach is minic a bhíonn siad ag brath orthu chun an t-eolas a fháil faoi neart ríomhaireachta agus éigríocht an tionscadail. In aghaidh an scéil, is féidir Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs) a úsáid go hiondúil chun a dhéanamh seo mar gheall ar a gcumas parallach agus infheistíocht hardware cumhachtach.

Tá an dearadh iomlán den chóras rialú PWM ard-fhréimeachta bunaithe ar FPGA agus ceithre módúl core: an príomhunit rialú, an unit PWM gineadh, an unit próiseáil comhthomhas amach, agus an unit cosaint. Go sonrach:

Príomhunit Rialú: Feidhmeann sé algoritmaí rialú clois, cúr, agus suíomh;
Unit PWM Gineadh: Tá sé freagrach as giniúint fhuaimnín PWM ard-chruinne agus rialú amréidh;
Unit Próiseáil Comhthomhas Amach: Tá sé freagrach as achoimre agus próiseáil comhthomhas, voltagh, agus suíomh;
Unit Cosaint: Déanann sé achoimre agus freagra ar fheilí cosúil le currach róshó, voltagh róshó, agus teasc róshó chun a chinntiú go mbeidh an córas sábháilte.

Úsáideann an córas dearadh modúil, le modúil feidhmiúil conncaithe lena chéile trí thráchtaireachta standard. Laistigh, úsáideann an FPGA dearadh dhá-thuaisceol: feidhmeann algoritmaí rialú i thuaisceol fréimeacht íseal chun laghdú ar ábhar, agus feidhmeann an módúl PWM gineadh i thuaisceol fréimeacht ard chun a chinntiú go mbeidh am corréacht agus réidh ard.

3.2 Oibreacht agus Forbairt Algoritma Rialú PWM

Chun rialú PWM ard-fhréimeachta ard-eispéireachta a bhaint amach, cuardaítear an algoritam SVPWM (Space Vector Pulse Width Modulation) traidisiúnta trí chur isteach algoritam rialú PWM nua, agus is é an fhoirmle:

áit $T_{a}$ an am scuiling an cheann uachtarach Phase A; $v_{α}$ agus $v_{β}$ na compónáidí an meastacháin voltagh sa $α - β$ coordinate system. Tá an algoritam seo forbartha san FPGA trí úsáid dearadh pipeáil, ag athrú ríomhanna trigonometracha go dtí ríomhanna líneacha. Léiríonn sé go laghdáil ar fhad ríomh agus cinnte a dhéanamh go mbeidh sé ina dhéanamh i rith an chloig. Chun an t-efect amréidh a chosc, úsáideann sé straitéis comhbhá amréidh adaptach.

3.3 Tástáil agus Anailís Fheidhmiú Córais

Chun a choimeád ar an t-eispéireacht de scéim PWM ard-fhréimeachta (anseo ina dhiaidh "scéim molta"), déantar a chomparáid le forbairt bunaithe ar DSP (anseo ina dhiaidh "scéim traidisiúnta"). Tá an t-plataform tástála bunaithe ar Xilinx Artix-7 FPGA agus TMS320F28379D DSP, ag úsáid an t-ardán circuit agus an modúl fuinneamha (1200 V/50 A SiC MOSFET). Tá na míreanna feidhmiúcháin cosúil le Distortiún Harmónach Cothroime (THD) an fhuaime n-amach, am freagrach dianachmhaire, factor fuinneamha, agus eifeachtacht an chórais. Déantar gach tástáil trí uair, agus déantar an t-suim chun a chinntiú go mbeidh sé sábháilte.

Mar a léirítear i Bille 1, tá an scéim molta ag léiriú roinnt buntáistí thar na míreanna: laghdú ar THD an fhuaime n-amach ó 8.63% go 5.33%, a 38.2% laghdú; laghdú ar am freagrach dianachmhaire ó 428 μs go 245 μs, a 42.5% laghdú; agus éirí an factor fuinneamha ó 0.91 go 0.98. Cé go bhfuil an t-eifeachtacht córais ag éirí amach go 0.1%, is minic a bhíonn sé go mór níos fearr ná 92%.