Inverter Performance-ის გაუმჯობესება მაღალ-სიquentროვნობის PWM ტექნოლოგიით

როგორც ზუსტი კონტროლის მოთხოვნები სამრეწველო პროცესებში განახლდება, ტრადიციული პულსური სიგანის მოდულაციის (PWM) ტექნოლოგია უკვე აღარ უკმაყოფილებს მაღალი დინამიური მომსახურებისა და დაბალი ჰარმონიული დეფორმაციის მოთხოვნებს. პირიქით, მაღალი სი частотის PWM ტექნოლოგია გაძლიერებს გამოსვლის ტალანის ხარისხს და შემცირებს სისტემის ჰარმონიულებას ტრანსპორტის სი частотის ზრდით, ასეთ образом უკეთესი ხელსაწყოების მომსახურების მართვა. შესაბამისად, სისტემის ეფექტურობისა და ნადежობის ბალანსირება მაღალი სი частотის PWM ტექნოლოგიის გამოყენებისას გახდა კრიტიკული ასპექტი ინვერტორის ტექნოლოგიის განვითარებისთვის.

1. მაღალი სი частотის PWM-ის ბაზიური თეორია და ტექნიკური მახასიათებლები

PWM ტექნოლოგია არის ინვერტორების ელექტრონულ კონტროლის სისტემების გამოყენების საფუძველი ტექნიკა დარჩენის და სი частотის რეგულირებისთვის. ის ქმნის პულსურ სიმებს რეფერენციის სიგნალების და ტრანსპორტის სიგნალების შედარებით და ამ პულსურ სიმების გამოყენებით კონტროლის საშუალებას ძალადი მოწყობილობების ჩართვის და გამორთვის მდგომარეობების მიერ, ასეთი გზით მიიღება ზუსტი კონტროლი ძალადი დარჩენის საშუალებით დარჩენის მიმართ. ინვერტორის კონტროლში, PWM-ის დიურაციის კოეფიციენტი $D$ შეიძლება გამოიხატოს რეფერენციის ტალანის ამპლიტუდის VrefVref და ტრანსპორტის ტალანის ამპლიტუდის VtriVtri შედარებით შემდეგნაირად:

მოდულაციის რაოდენობა $m$ განიხილება როგორც რეფერენციის ტალანის ამპლიტუდის და ტრანსპორტის ტალანის ამპლიტუდის შეფარდება. ის ダイレクトに影響する出力電圧の有効値と高調波特性。この比の表現は以下の通りです：

ტრანსპორტის სი частотა fcfc არის ტრიგონომეტრიული ტალანის სი частотა, რომელიც გამოიყენება PWM სიგნალის შესაქმნელად. მისი მნიშვნელობა დირექტულად არის დაკავშირებული სისტემის დინამიურ უდარესებასთან და გამოსვლის ჰარმონიულების დანერგვასთან. სი частотის რაოდენობა $N$ განიხილება როგორც ტრანსპორტის სი частотის და რეფერენციის ტალანის სი частотის შეფარდება, შემდეგნაირად გამოიხატება:

სადაც f1 არის რეფერენციის ტალანის სი частотა. მაღალი სი частотის PWM ტექნოლოგია ზოგადად უწოდებენ PWM კონტროლის ტექნიკებს, რომლებიც გამოიყენებენ ტრანსპორტის სი частотას, რომელიც აღემატება 10 kHz-ს. თანამედროვე ინვერტორებში, ძალადი მოწყობილობების პერფორმანსის უწყვეტ გაუმჯობესებით, ტრანსპორტის სი частотები მისია 20 kHz-ს ან უფრო მაღალ დონეებამდე. ტრანსპორტის სი частотის ზრდით, გამოსვლის ჰარმონიული კომპონენტები გადადის უფრო მაღალ სი частотებზე, რაც შესაძლებელია შემდგომი ფილტრირების და მოტორის ხმისა და ვიბრაციის ეფექტურ შემცირებას.

ექსპერიმენტები აჩვენებენ, რომ ტრანსპორტის სი частотის ზრდა 5 kHz-დან 20 kHz-მდე შეიძლება შეამციროს მოტორის ხმა 12-15 dB-ით და შეამციროს ტემპერატურის ზრდა 5-8 °C-ით. ტრანსპორტის სი частотის ზრდით, PWM გამოსვლის ტალანი უფრო მიახლოვდება იდეალურ სინუსოიდას, და სულის ჰარმონიული დეფორმაცია (THD) მნიშვნელოვანად შემცირდება. 20 kHz ტრანსპორტის სი частотის შემთხვევაში, ინვერტორის გამოსვლის ვოლტაჟის THD შემცირდება ახლო 5%-მდე, რაც ნაკლებია დაბალი სი частотის PWM ტექნიკების ტიპიური 8%-12%-იდან. ადიდებს, მაღალი სი частотის PWM-ს უფრო სწრაფი დინამიური უდარესება და უფრო ზუსტი კონტროლი შეუძლია მიიღოს.

2. მაღალი სი частотის PWM-ის განხორციელების საკუთარი გამოწვევები და მათი გადაჭრის მეთოდები

2.1 მაღალი გადართვის დანაკლებები და მათი შემცირების მეთოდები

მაღალი სი частотის PWM ტექნოლოგიის ყველაზე მნიშვნელოვანი პრობლემა არის გადართვის დანაკლებების რადიკალური ზრდა. რადგან ძალადი მოწყობილობების გადართვის დანაკლებები პროპორციულია გადართვის სი частотას, მაღალი სი частотის რეჟიმი უფრო დაბალ სისტემურ ეფექტურობას იწვევს და თერმალური მენეჯმენტის მათზე უფრო მაღალი მოთხოვნების შექმნას. ერთი IGBT მოდულის გადართვის დანაკლება PswPsw შეიძლება შემდეგნაირად მოდელირებული იყოს:

სადაც E_on და E_off არის შერჩევის და გართვის ენერგიის დანაკლებები შესაბამისად; ErrErr არის რევერსიული აღდგენის ენერგია; VdcVdc არის ფაქტიური DC ბუსის ვოლტაჟი; V_ref არის რეფერენციის ვოლტაჟი; Ic არის ფაქტიური დენი; და IrefIref არის რეფერენციის დენი.

გადართვის დანაკლებების შემცირებისთვის შესაძლებელია გამოყენება შემდეგი ზომები:
პირველი, გამოყენება დაუწინაარებელი ძალადი მოწყობილობები, როგორიცაა სილიკონ კარბიდის მეტალ-ოქსიდის ველდერ-ეფექტის ტრანზისტორები (SiC MOSFETs), რომლებიც მოიცავენ უფრო უკეთეს გადართვის მახასიათებლებს ტრადიციული IGBT-ების მიpettoれ、高频率PWM技术的实施面临着多个技术挑战。本文针对高频开关损耗、死区效应和驱动电路设计等关键问题提出了系统解决方案，并提出了一种基于FPGA的实现框架。 该方案具有高精度、低延迟和强大的实时性能，有效提高了动态响应和稳态精度。本研究为高性能逆变器控制提供了坚实的技术支持，在工业自动化、可再生能源发电和电动汽车等领域具有广泛的应用潜力。