Ալիքային փոխվողի կարգավիճակը բարձրացնելու համար բարձր հաճախականության PWM տեխնոլոգիա

Որքան որ պրոցեսների ճշգրիտ կառավարման պահանջը շարունակվում է աճել, սովորական Իմպուլս-լայնության մոդուլացիայի (PWM) տեխնոլոգիան ավելի բարձր @dynamic հարմոնիկ դիստորցիայի պահանջներին չի կարող բավարարել։ Մինչդեռ բարձր հաճախականության PWM տեխնոլոգիան բարելավում է դուրս գրանցման ալիքը և կրնում է հանգեցնել համակարգի հարմոնիկները մինչև բարձր հաճախականություններ, այնպես որ հակառակ դիստորցիան նվազի, և ինվերտերի աշխատանքը օպտիմիզացվի։ Այդ պատճառով, բարձր հաճախականության PWM տեխնոլոգիայի կիրառման ժամանակ համակարգի արդյունավետության և հավասարակշռության պահպանումը դարձել է ինվերտերի տեխնոլոգիական զարգացման կրիտիկական ասպեկտ։

1. Բարձր հաճախականության PWM-ի հիմնական տեսությունը և տեխնիկական հատկությունները

PWM տեխնոլոգիան ինվերտերի էլեկտրական կառավարման համակարգերում օգտագործվող կիրառելի մեթոդ է լարման և հաճախականության կառավարման համար։ Այն ստեղծում է իմպուլսային հաջորդականություններ, համեմատելով հղումները և հայտարարական ալիքները, և օգտագործում է այդ իմպուլսային հաջորդականությունները կառավարելու համար հզոր սարքավորումների սահմանափակ վիճակները, այնպես որ հասնել լարման համար ճշգրիտ կառավարման։ Ինվերտերի կառավարման ժամանակ, PWM-ի աշխատանքային ցիկլը $D$ կարող է արտահայտվել հայտարարական ալիքի משרה VrefVref և հայտարարական ալիքի משרה VtriVtri հարաբերությամբ հետևյալ կերպ:

Մոդուլացիայի հարաբերությունը $m$ սահմանվում է որպես հայտարարական ալիքի և հայտարարական ալիքի משרה հարաբերությունը։ Այն ուղղակիորեն ազդում է դուրս գրանցման լարման արդյունավետ արժեքի և հարմոնիկ հատկությունների վրա։ Այդ հարաբերության արտահայտությունը հետևյալն է.

Հայտարարական ալիքի հաճախականությունը fcfc նշանակում է եռանկյունաձև ալիքի հաճախականությունը, որը օգտագործվում է ստեղծելու համար PWM ալիքը։ Այն ուղղակիորեն ազդում է համակարգի դինամիկ պատասխանի արագության և դուրս գրանցման հարմոնիկների բաշխման վրա։ Հաճախականության հարաբերությունը $N$ սահմանվում է որպես հայտարարական ալիքի հաճախականության և հայտարարական ալիքի հաճախականության հարաբերություն, արտահայտված հետևյալ կերպ.

որտեղ f1 հայտարարական ալիքի հաճախականությունն է։ Բարձր հաճախականության PWM տեխնոլոգիան ընդհանուր առմամբ նշանակում է այն կառավարման մեթոդները, որոնց հայտարարական ալիքի հաճախականությունը գերազանցում է 10 kHz-ը։ Այսօրվա ինվերտերում, որպես հետևանք հզոր սարքավորումների կարգավորումների շարունակ բարելավումը, հայտարարական ալիքի հաճախականությունը հասել է 20 kHz-ի և նույնիսկ բարձր արժեքների։ Հայտարարական ալիքի հաճախականության մեծացման արդյունքում դուրս գրանցման հարմոնիկ կոմպոնենտները տեղափոխվում են բարձր հաճախականության տիրույթ, որը հեշտացնում է հետագա ֆիլտրացիան և արդյունավետորեն նվազեցնում է մոտորի հատուկ հատկությունները և այն արագությունը և սեղմումը։

Պարզվում է, որ հայտարարական ալիքի հաճախականության մեծացումը 5 kHz-ից 20 kHz-ի կարող է նվազեցնել մոտորի հատուկ հատկությունները 12-15 dB-ով և նվազեցնել ջերմաստիճանը 5-8 °C-ով։ Հայտարարական ալիքի հաճախականության մեծացման արդյունքում, PWM-ի դուրս գրանցման ալիքը ավելի մոտ է դառնում իդեալական սինուսոիդային ալիքին, և ընդհանուր հարմոնիկ դիստորցիան (THD) նշանակապես նվազում է։ 20 kHz հայտարարական ալիքի հաճախականության դեպքում, ինվերտերի դուրս գրանցման լարման THD-ը նվազում է մոտ 5%, որը նշանակապես լավ է համեմատած ցածր հաճախականության PWM տեխնոլոգիայի սովորական 8%-12% արժեքներին։ Ավելին, բարձր հաճախականության PWM-ը առաջացնում է ավելի արագ դինամիկ պատասխան և բարձր կառավարման ճշգրտություն։

2. Բարձր հաճախականության PWM-ի կիրառման հիմնական դեմքերը և դրանց լուծումները

2.1 Բարձր սահմանափակումները և նրանց միջոցները

Բարձր հաճախականության PWM տեխնոլոգիայի ամենահայտնի հարցը սահմանափակումների կողմից ստեղծված կարգավորումների սահմանափակումն է։ Քանի որ սահմանափակումների սահմանափակումն հզոր սարքավորումների համար համաչափ է սահմանափակումների հաճախականության, բարձր հաճախականության գործառույթը հանգեցնում է համակարգի արդյունավետության նվազման և ջերմային կառավարման ավելի խիստ պահանջների։ Մի առանձին առանց հեռացված բարձրացման սահմանափակումների IGBT մոդուլի սահմանափակումը կարող է մոդելավորվել հետևյալ կերպ.

որտեղ E_on և E_off համապատասխանաբար սահմանափակումների սկսման և ավարտի էներգիայի սահմանափակումներն են. ErrErr հակառակ վերականգնման էներգիան է. VdcVdc իրական DC բուսային լարումն է. V_ref հայտարարական լարումն է. Ic իրական հոսանքն է. և IrefIref հայտարարական հոսանքն է։

Սահմանափակումների սահմանափակումը սպառելու համար կարող են օգտագործվել հետևյալ միջոցները.
Առաջինը, օգտագործել առաջադիմ հզոր սարքավորումներ, ինչպիսիք են սիլիկոն կարբիդ մետալ-օքսիդ դիֆուզոր դաշտային տրանզիստորները (SiC MOSFETs), որոնք սովորական IGBT-երի համեմատ առաջացնում են ավելի լավ սահմանափակումների սահմանափակումներ.
Երկրորդը, օպտիմիզացնել գեյթ դրայվերի շեման օգտագործելով երկկողմանի գործառույթներ, որպեսզի դինամիկ կարգավորել գեյթ դիմադրությունը սահմանափակումների ժամանակ, հավասարակշռելով սահմանափակումների արագությունը և էլեկտրոմագնիսական միջարկումը (EMI).
Վերջապես, կիրառել սովորական սահմանափակումների մեթոդներ, ինչպիսիք են զրո լարման սահմանափակումը (ZVS) կամ զրո հոսանքի սահմանափակումը (ZCS) տոպոլոգիաներ, որպեսզի նշանակապես նվազեցնել սահմանափակումների սահմանափակումները։

2.2 Ներդաշնակության ազդեցությունը և դրա կորեցման մեթոդները

Բարձր հաճախականության PWM գործառույթի ժամանակ, չնայած ներդաշնակության բացակայությունը մնում է հաստատուն, դրա հարաբերությունը սահմանափակումների պարբերության նկատմամբ մեծանում է, ներդաշնակության ազդեցությունը ավելի հաստատուն է դառնում։ Սա կարող է հանգեցնել դուրս գրանցման լարման աղմուկի, ցածր արագության կառավարման նվազմի և որոշակի հորի