INVERTORUL PWM TRIFAZAT DE TENSIUNE

Transcript

1 Lcrarea 6 INVERTORL PWM TRIFAZAT DE TENSINE. Inrocere La fel ca inveroarele monofazae escrise în Referal 5 şi inveroarele rifazae permi conversia saică a energiei elecrice in cren conin în cren alernaiv c.c. c.a.. Inveroarele rifazae aonome e ensine permi sineizarea ni sisem rifaza e ensini alernaive inr-o ensine conină aplicaă la inrare. Cele rei ensini obţine la ieşirea inverorli sn inepenene e ensinile in reţeaa e isribţie a energiei elecrice, ar ca şi în cazl acesora rebie să fie simerice efazae c o el. înre ele şi echilibrae c aceeaşi ampliine. Acese coniţii se referă în priml rân la armonicile fnamenale ale sisemli rifaza e ensini moelae e inveror. În majoriaea aplicaţiilor se cere ca inverorl rifaza să prezine capaciaea e a regla frecvenţa şi ampliinea acesor armonici fnamenale. Cea mai răspâniă aplicaţie e aces ip se referă la acţionările elecrice c mooare e c.a. rifazae asincrone, sincrone a căror vieză e roaţie poae fi reglaă eficien prin inermeil frecvenţei în corelaţie c ampliinea ensinilor alernaive e alimenare. Sn şi aplicaţii care incl inveroare rifazae la care frecvenţa armonicilor fnamenale ale ensinilor e ieşire rebie să rămână consană în impl fncţionării cm ar fi: srsele neînrerpibile rifazae PS ninerrpible Power Spplies, converoarele e inerfaţă inre microreţeaa e c.c. a cenralelor penr srse regenerabile eoliene, solare, hiro ec. şi reţea pblică e isribţie a energiei elecrice, inveroarele penr cpoarele e incţie insriale, penr insalaţiile e raamen ermic ec. Şi inveroarele rifazae aonome po fi: inveroare c nă plină, inveroare PWM, inveroare rezonane. De asemenea, po fi inveroare e ensine VSI Volage Sorce Inverer sa inveroare e cren CSI Crren Sorce Inverer. În coninare va fi analiza inverorl PWM e ensine eoarece ese cel mai iliza în pracică aoriă simpliăţii sale, aâ în ceea ce priveşe srcra, câ şi în ceea ce priveşe fncţionarea.. Inverorl PWM rifaza în pne Exisă posibiliaea alimenării nei sarcini rifazae e c.a. prin inermeil a rei inveroare monofazae în pne H acă exisă acces la ambele borne ale impeanţelor e fază aparţinân sarcinii. Dacă impeanţele e fază sn legae în sea Aor: r.ing. Mihai Alb

2 .T. Gheorghe Asachi in Iaşi, Faclaea IEEI, Laboraor Elecronică e Pere Y rebie să exise acces la pncl e nl al selei. Solţia ese foare rar ilizaă în pracică eoarece n înoena avem acces la nll sarcinii rifazae şi în pls sn necesare ranzisoare e pere penr realizarea celor rei inveroare monofazae. O variană ml mai simplă şi mai iefină penr schema e forţă a ni inveror rifaza e ensine ese prezenaă în Fig.6. în care sn ilizae oar 6 ranzisoare e pere T T 6. Ese vorba e binecnosca srcră e pne rifazaă c ranzisoare sa c ale ispoziive semiconcoare e pere conrolabile. Aşa cm reiese in figră aceasa ese formaă in rei braţe noae c A, B şi C, a căror opologie şi fncţionare ese cnoscă e la analiza chopper-elor sa a inverorli monofaza. Braţ A Braţ B Braţ C T T T 5 C i A i B i C T T 4 T 6 Bara negaivă N AN A AB BN B BC CN C R R R nn L An L Bn L Cn e A ~ e B ~ e C ~ n nl izola Fig. 6. Topologia inverorli rifaza în pne. Penr sarcina legaă la ieşirile celor rei braţe noae o c A, B, C s-a la cazl cel mai general şi anme n circi rifaza e ip R-L-E echivalen c

3 Lcrarea 6: Inverorl PWM rifaza e ensine înfăşrările ni moor e cren alernaiv rifaza afla în mişcare. Sarcina ese legaă în sea, iar nll selei, consiera izola, s-a noa c n. C N s-a noa bara negaivă a ensinii conine ce alimenează inverorl rifaza. Po fi pse în evienţă rmăoarele variabile: AN, BN, CN ensinile e ieşire ale braţelor lae faţă e bara negaivă N; An, Bn, Cn ensinile e fază ale sarcinii rifazae lae faţă e n; AB, BC, CA ensinile e linie văze la ieşirea inverorli; nn ensinea văză înre nll izola al sarcinii n şi bara negaivă N; i A, i B, i C crenţii e fază e la ieşirea inverorli. Tranzisoarele in srcra fiecări braţ e pne sn comanae c semnalele molae în lăţime PWM complemenare. Penr a păsra coniniaea c Referal 5 şi pornin e la o largă ilizare în pracică analiza inverorli PWM rifaza e ensine va fi făcă penr cazl molării sinsoiale. Asfel, cele oă semnale e comană PWM complemenare penr ranzisoarele in srcra fiecări braţ e pne vor rezla în rma comparării ni semnal molaor sinsoial conrol c n semnal ringhilar r. Conform celor prezenae în Fig.6., conroll braţelor e pne A, B şi C va fi obţin prin inermeil nelor molaoare conrola, conrolb, respeciv conrolc care sn comparae c n acelaşi semnal ringhilar. nele e conrol sinsoiale a aceeaşi frecvenţă şi ampliine, ar sn efazae înre ele c o el. Dacă recerea prin zero a fiecărei sinsoie molaoare are loc simlan c recerea prin zero a nei prăoare ringhilare şi în sensri pane iferie vorbim e molarea sinsoială sincronizaă. În caz conrar, vorbim e molarea sinsoială nesincronizaă. Figra 6. ilsrează ehnica e molare sinsoială sincronizaă c inicele e molare în frecvenţă m f 9. Ca şi în cazl inverorli PWM monofaza analiza inverorli PWM rifaza va fi făcă în coniţii ieale, prespnân că ranzisoarele e pere comă insanane, moiv penr care semnalele e comană PWM complemenare po fi consierae fără imp mor. Valorile ensinilor AN, BN, CN sn fixae pe inervale, exclsiv prin combinaţia e comană a celor oă ranzisoare in srcra fiecări braţ, iniferen e sensl crenţilor i A, i B, i C. Asfel, conform celor prezenae şi în Referaele 7 şi 9, în perioaele e comaţie în care: r < conrol A,B,C T,,5 ON, T,4,6 OFF AN, BN, CN ; r > conrol A,B,C T,,5 OFF, T,4,6 ON AN, BN, CN. Pornin e la relaţiile e mai ss, rezlă formele e nă ale ensinilor e la ieşirea braţelor A, B şi C lae faţă e bara negaivă AN, BN, CN aşa cm se prezină în iagramele in Fig.6.. Formele e nă sn perioice, repnghilare, c variaţii nipolare înre şi. Penr n inice e molare în ampliine sbniar m ˆ ˆ a < conrol r acese ensini a valori meii iferie e zero în fiecare perioaă e comaţie T c k, k,,.... Aor: r.ing. Mihai Alb

4 4.T. Gheorghe Asachi in Iaşi, Faclaea IEEI, Laboraor Elecronică e Pere T c conrol A conrol B conrol C r r conrol AN BN CN AB AB AB AN - BN - An An AN BN CN An - Fig. 6. Formele e nă corespnzăoare ni inveror PWM rifaza care ilizează molarea sinsoială sincronizaă m f 9, m a < gama liniară.

5 Lcrarea 6: Inverorl PWM rifaza e ensine 5 Valorile meii insananee ale ensinilor AN, BN, CN în perioaele e comaţie T c k corespnzăoare impli iscre k k-t c, < <T c, se calclează c ajorl formlei valorii meii vezi relaţia 8.8: AN, BN, CN k,, 5 k 6. on T,T,T5 Variabilele,,5 k a semnificaţia raelor relaive e Tc concţie ale ranzisoarelor sperioare T, T, T 5 in srcra braţelor e pne A, B, respeciv C, în perioaele e comaţie T c k e la momenele k. Dacă ne referim la semnalele logice e comană PWM, PWM şi PWM 5 ale ranzisoarelor menţionae, variabila x k x,,5 ese referiă ca facor e mplere al acesor semnale în inervall T c k. Din secţinea Referali 7, eicaă generării semnalelor e comană PWM ilizân ca nă prăoare n semnal ringhilar, relaţia 7.5 poae fi pariclarizaă asfel inverorl PWM rifaza: conrol A, B, C k,,5 k 6. ˆ r Expresia 6. ese obţină în ipoeza nei ensini e conrol consane pe raa perioaei e comaţie, aşa cm ese implemenaă nmeric ehnica e molare c eşanionare niformă - simerică: Aor: r.ing. Mihai Alb conrol A,B,C k cons. penr : k Tc < k < k Tc 6. Dacă se inroce expresia 6. în relaţia 6. se obţine: AN, BN, CN k conrol A, B, C k 6.4 ˆ r Penr molarea sinsoială a inverorli PWM rifaza avem: conrola conrolb conrolc ˆ ˆ ˆ conrol conrol conrol sin ω sin sin ω π / ω π / 6.5 ne: ω πf, iar f ese frecvenţa armonicilor fnamenale ale ensinilor alernaive orie la ieşirea inverorli. Analizân formele e nă AN, BN, CN in Fig.6. şi relaţiile 6. se observă că ensinile e la ieşirea braţelor, lae faţă e bara negaivă N, conţin o componenă conină / pese care se sprapn componene alernaive armonici. Penr a ajnge la expresiile armonicilor fnamenale ale ensinilor e linie sa ale ensinilor e fază se va porni e la expresiile ensinilor braţelor in

6 6.T. Gheorghe Asachi in Iaşi, Faclaea IEEI, Laboraor Elecronică e Pere care se reţine oar componena conină şi armonica fnamenală. Asfel, acă în relaţiile 6.4 se rece e la ipl iscre k la impl conin se obţine: sin sin sin sin ˆ ˆ CN BN r conrol AN π ω π ω ω ω m m m a a a 6.6 Menţionăm încă o aă că expresiile 6.6 sn valabile penr n inice e molare în ampliine sbniar: ˆ ˆ conrol < r a m. Din Fig.6. rezlă că ensinile e linie ale inverorli în valori insananee po fi eerminae pe baza ensinilor braţelor faţă e bara negaivă N pă cm rmează: AN CN CA CN BN BC BN AN AB 6.7 C ajorl relaţiilor 6.7 po fi consrie grafic ensinile e linie. De asemenea, po fi calclae armonicile fnamenale eoarece acese relaţii sn valabile penr fiecare armonică în pare conform eoremei sperpoziţiei. În Fig.6. se prezină forma e nă a ensinii e linie AB care a rezla scăzân in forma e nă a ensinii AN na BN. Penr a obţine expresia armonicii fnamenale a ensinii e linie înre A şi B se porneşe e la expresiile ensinilor AN şi BN in 6.6: 6 sin,6 6 sin,866 6 sin sin sin sin sin BN AN AB π ω π ω π ω π ω ω π ω ω m m m m m m a a a a a a 6.8 Calcll e mai ss evienţiază fapl că ampliinea, respeciv valoarea efecivă a armonicii fnamenale corespnzăoare ensinii e linie generae e n inveror PWM rifaza ese în fncţie e ensinea conină e alimenare şi poae

7 Lcrarea 6: Inverorl PWM rifaza e ensine 7 fi reglaă proporţional c ajorl iniceli e molare în ampliine m a în gama liniară m a : ˆ l,6 ma ; l, 6 ma 6.9 Dacă sarcina rifazaă e la ieşirea inverorli ese legaă în sea ineresează şi valorile ensinilor e fază: An, Bn, Cn. Penr a eermina expresia acesora se porneşe e la rmăoarele ecaţii e ensini în valori insananee aferene schemei in Fig.6.: An Bn Cn AN BN CN nn nn nn R i R i R i A B C ia L e ib L e ic L e A B C 6. În relaţiile 6. n ese cnoscă expresia ensinii nn. O solţie penr eerminarea aceseea consă în smarea celor rei ecaţii e mai ss: An Bn Cn AN BN CN nn 6. sa An Bn Cn R [ ia ib ic ] L [ ia ib ic ] [ ea eb ec ] 6. Deoarece sarcina acivă rifazaă in Fig.6. conecaă la ieşirea inverorli ese legaă în sea c nll izola se poae scrie: i i i 6. A B C Pe e ală pare, fiin o sarcină echilibraă şi simerică, în orice momen ese valabilă egaliaea: e e e 6.4 A B C Tensinile conraelecromooare e A, e B şi e C ale sarcinii acive mooare e c.a. aflae în roaţie sn consierae sinsoiale, eci n conţin armonici sperioare. Dacă în relaţia 6. se ţine con e 6. şi 6.4 obţinem: 6.5 An Bn Cn Inrocân 6.5 în 6. rezlă: nn [ AN BN CN ] 6.6 Dacă în 6.6 se înlocieşe ensinea nn c expresia obţină în 6. se obţine: Aor: r.ing. Mihai Alb

8 8.T. Gheorghe Asachi in Iaşi, Faclaea IEEI, Laboraor Elecronică e Pere An Bn Cn AN BN CN BN AN AN CN CN BN 6.7 Relaţiile 6.7 sn scrise penr valorile insananee ale ensinilor. C ajorl lor po fi eerminae formele e nă ale ensinilor e fază pe baza nelor cnosce AN, BN şi CN. În Fig.6., în lima iagramă, se prezină mol în care a rezla grafic ensinea e fază An ilizân prima ecaţie in siseml 6.7. Pe baza eoremei sperpoziţiei expresiile 6.7 po fi scrise şi penr armonicile fnamenale: An Bn Cn AN BN CN BN CN AN CN AN BN 6.8 Dacă se ia e exempl o ensinea An, ezvolân prima ecaţie in 6.8 se obţine: An AN BN CN ma sinω π 4π ma sin ω ma sin ω 4 π π ma sinω sinω sin ω sin ω 6.9 Deoarece sma fncţiilor rigonomerice sins in paraneza păraă formează n sisem rifaza niar, simeric şi echilibra, se poae scrie: Rezlă că: π 4π sin ω sin ω sin ω 6. ma ω ˆ An sin f sin ω 6. Aşa cm era e aşepa valoarea efecivă a armonicii fnamenale a ensinii e fază a rezla e ori mai mică ecâ valoarea efecivă a ensinii e linie aă în 6.8:

9 Lcrarea 6: Inverorl PWM rifaza e ensine 9 ˆ f l f ma,5 ma 6. De obicei ensinea conină se obţine prin reresarea ensinii reţelei lreţea 4V c ajorl ni reresor rifaza necomana c ioe prevăz c n filr capaciiv la ieşire. Tensinea maximă obţină la ieşirea reresorli se obţine în cazl ni consm foare res. Asfel, acă: I max reea 4 565V l Relaţiile 6.9 şi 6. sgerează că, penr n inice e molare în ampliine maxim în gama liniară m a, valorile efecive ale ensinilor e linie, respeciv e fază, la ieşirea ni inveror PWM rifaza sn: l, V f,5565 V valori insficiene penr alimenarea, e exempl, a ni moor e c.a. sanar în coniţii nominale. Penr a epăşi aces impeimen, ca şi în cazl inverorli PWM monofaza, se poae recrge la spramolare obţină acă ampliinea ensinilor e conrol creşe pese vârfrile semnalli ringhilar: ˆ ˆ ˆ conrol conrol > r ma > 6. ˆ r în scopl maximizării ampliinii armonicilor fnamenale ale ensinilor e ieşire rifazae. În Fig.6. ese prezenaă caracerisica e reglaj a valorii efecive corespnzăoare armonicii fnamenale corespnzăoare ensinii e linie l în fncţie e inicele e molare în ampliine m a. l,78,6 Gamă liniară Spramolare m a nă plină Fig. 6. Caracerisica e reglaj a ensinii e linie e la ieşirea inverorli PWM rifaza în fncţie e inicele e molare în ampliine m a. Aor: r.ing. Mihai Alb

10 .T. Gheorghe Asachi in Iaşi, Faclaea IEEI, Laboraor Elecronică e Pere conrola conrolb conrolc r T c r conrol AN BN CN AB AB AN - BN - An AN BN CN - Fig. 6.4 Formele e nă corespnzăoare ni inveror PWM rifaza în cazl fncţionării c nă plină m f 9, m a >> spramolare.

11 Lcrarea 6: Inverorl PWM rifaza e ensine Conform graficli in Fig.6. valoarea cea mai mare a ensinii e linie ese obţină penr o spramolare maximă, anci cân inverorl PWM rifaza fncţionează c nă plină. Formele e nă corespnzăoare acesi caz pariclar sn prezenae în Fig.6.4 Penr a calcla valoarea ensinii e linie în cazl în care inverorl PWM fncţionează c nă plină se porneşe e la observaţia: fiecare braţ in srcra pnţii rifazae lcrează asemeni ni inveror monofaza care alimenează o sarcină conecaă înre ieşirea braţli şi pncl e nl noa c n. Asfel, inverorl rifaza poae echivala c rei inveroare PWM monofazae braţ e pne a căror ensine e ieşire ese ensinea e fază c valoarea efecivă a armonicii fnamenale aă e relaţia 6. în gama liniară. Pe e ală pare, se cnoaşe in Referal 5, relaţia 5., că în cazl fncţionării inverorli monofaza c nă plină valoarea efecivă, respeciv ampliinea armonicii fnamenale, se obţine egalân m a în relaţia corespnzăoare a inverorli PWM fncţionân în gama liniară şi înmlţin rezlal c 4/π. În consecinţă, penr inverorl braţ e pne in srcra inverorli rifaza fncţionân c nă plină valoarea efecivă a ensinii e fază evine: 4 f max, π Şiin valoarea efecivă a ensinii e fază se poae calcla valoarea efecivă şi ampliinea ensinii e linie a armonicii fnamenale e la ieşirea inverorli rifaza fncţionân c nă plină: ˆ l max l max f max,78 4,78 π 6.4, Dacă inverorl rifaza c nă plină ese alimena e la reţea prin inermeil ni reresor rifaza c ioe prevăz c n filr capaciiv la ieşire valoarea efecivă maximă a armonicii fnamenale a ensinii e linie poae ainge: l max max,78, V acă inverorl ar fncţiona la gol. Valoarea poae fi consieraă sficienă penr alimenarea nei sarcini rifazae sanar, ar n rebie ia că, oaă c creşerea sarcinii, ensinea conină pe filrl capaciiv e la inrarea inverorli începe să scaă. În pls, aşa cm se cnoaşe e la inverorl monofaza, apar armonici joase imporane. Penr a rămâne oar armonicile impare şi a rece la minim nmărl lor se impne molarea sinsoială sincronizaă aşa cm se prezină în Fig.6.. În aces caz orinl armonicilor h ese a e relaţia: h 6 k ±, k,,, Aor: r.ing. Mihai Alb

12 .T. Gheorghe Asachi in Iaşi, Faclaea IEEI, Laboraor Elecronică e Pere şi ampliinea armonicilor aă e relaţia: ˆ l ˆ max l h 6.6 h Se observă că armonicile impare e orin sa mlipl e ispar in formele e nă ale ensinilor e linie. Aceasa se explică prin fapl că fiin o efazaj e o el. înre ensinile An, Bn, Cn sa înre ensinile AN, BN, CN, armonicile e orin sa mlipl e ajng oae în fază o 6 o el. şi se anlează prin scăere în ensinile e linie. Asfel, la inverorl rifaza c nă plină, aşa cm reiese şi in Fig.6.5, ponerea cea mai mare o a armonicile 5 şi 7. l h,,8,6,4, h Fig. 6.5 Specrl armonicilor joase in forma e nă a ensinilor e linie e la ieşirea ni inveror PWM rifaza fncţionân c nă plină. Dacă sarcina legaă la ieşirea inverorli ese n moor e c.a. înfăşrările acesia n po filra sficien e bine armonicile joase e cren. Asfel, armonica 5 va eermina n câmp magneic roior în sens invers câmpli magneic principal eermina e armonica fnamenală a crenli, iar armonica 7 va eermina n câmp magneic roior în acelaşi sens c cel principal. În consecinţă, prin compnerea câmprilor corespnzăoare primelor oă armonici sperioare înr-n referenţial ce se roeşe sincron c câmpl magneic principal pese cpll elecromagneic il a e armonica fnamenală se vor sprapne plsaţii ale cplli elecromagneic avân frecvenţa egală c 6 f. La raţii mici ale moorli, cân frecvenţele plsaţiilor sn rese, masele inerţiale aflae în mişcare e roaţie n mai po filra eficien plsaţiile e cpl şi apar plsaţii ale viezei care eranjează în aplicaţii. De asemenea, prin generarea nor cplri inverse nele armonici vor eermina apariţia nor piereri splimenare în maşină care po conce la o spraîncălzire a aceseia. Consecinţele negaive ale armonicilor e ensine şi implici cren sn ml iminae acă se eviă fncţionarea c nă plină a inverorli. Majoriaea aspecelor referioare la armonici iscae la inverorl PWM monofaza, în Referal 5, rămân valabile şi la inverorl PWM rifaza. În coninare enmerăm câeva in

13 Lcrarea 6: Inverorl PWM rifaza e ensine acesea penr cazl în care inverorl ilizează ehnica e molare sinsoială în gama liniară m a : Penr a imina inflenţa valorii iniceli e molare în frecvenţă aspra ampliinii armonicilor acesa rebie să fie: m f 9. Dacă inicele e molare în frecvenţă ese coborâ 9 m f se recomană ehnica e molare PWM sincronizaă la care m f rebie să fie n înreg impar şi mlipl e. Trecerea prin zero a celor rei semnale e conrol conrol A,B,C rebie să aibă loc simlan c recerea prin zero a prăoarei r şi sensri iferie aşa cm se prezină în Fig.5.4 ne penr clariaea esenli s-a ales m f 9. Asfel, ensinile e fază conţin nmai armonici e ensine impare în sins a căror frecvenţă ese aă e relaţia eja cnoscă 5.6: f h j m ± i f j m f ± i f j f ± i f f ne j şi i sn nmere înregi. Anci cân j ese impar i ese par şi viceversa. În gama liniară şi în cazl molării sincronizae ponerea imporană o a grprile e armonici înale in jrl frecvenţei e comaţie f c şi mlipll acesei frecvenţe. Acesea po fi şor filrae aâ in pnc e veere al crenli e căre incanţele sarcinii înfăşrările mooarelor e c.a., câ şi in pnc e veere al ensinii e căre filre capaciive L-C, L-C-L. Aşa cm s-a mai preciza oae armonicile al căror orin ese mlipl e ispar in forma e nă a ensinilor e linie. Acesa ese moivl penr care ese recomanaă alegerea ni inice e molare în frecvenţă mlipl e penr a anla câ mai mle armonici sperioare. Penr m f > se poae iliza molarea PWM nesincronizaă fără pericoll apariţiei nor armonici sa sbarmonici imporane. În cazl spramolării, pe lângă armonicile e înală frecvenţă grpae în benzi, apar şi armonici joase imporane, mai gre e înepăra prin filrare. Penr iminarea lor ese preferaă ilizarea molării PWM sincronizae chiar şi la valori mari ale iniceli e molare în frecvenţă. Argmenele sn aceleaşi c cele prezenae la fncţionarea inverorli PWM monofaza. f c 5. Monajl e laboraor În prezen sn mle firme c renme care fabrică inveroare PWM rifazae penr iferie aplicaţii. Din raţini economice acese converoare insriale sn consrie compac şi folosesc algorimi e conrol specifici, concepţi e procăor, care n po fi moificaţi. Pe e ală pare, în laboraoarele iacice şi e cerceare sn necesare opologii flexibile ale echipamenelor, c n acces facil la mliple Aor: r.ing. Mihai Alb

14 4.T. Gheorghe Asachi in Iaşi, Faclaea IEEI, Laboraor Elecronică e Pere pnce e măsră, precm şi c posibiliăţi e schimbare a ehnicilor e comană şi conrol. Din aces moiv în Laboraorl Elecronică e pere s-a realiza mai mle srcri rifazae în pne c ranzisoare IGBT, eicae experimenelor vezi Fig.6.6. Acese pnţi po fi ilizae ca inveroare PWM, reresoare PWM sa inclse în filre acive rifazae. a b Fig. 6.6 Srcri rifazae în pne c ranzisoare IGBT comanae: a c moll inegra SKHI6; b c mole SKHIA. În Fig.6.7 ese prezenaă schema bloc a monajli e laboraor care poae incle oricare in pnţile rifazae menţionae mai ss. În Fig.6.8 ese prezenaă imaginea monajli e laboraor realiza c variana e inveror rifaza prezena în Fig.6.7a. Inverorl PWM rifaza alimenează n moor asincron sanar M as incls înr-n san împrenă c n moor e c.c. M cc, n racor e vieză e ip ahogeneraor şi n encoer. Aşa cm se observă opologia e forţă a inveroarelor PWM ese realizaă c mole e pere e ip SKMGBD A, V fabricae e firma Semikron. Fiecare mol inegrează n braţ e pne c oă ranzisoare IGBT şi ioe în aniparalel. În imeiaa apropiere a molelor e pere s-a prevăz circie e proecţie / formae in grpri R-C, câe n grp penr fiecare ranzisor. Tensinea penr alimenarea inverorli PWM ese frnizaă e o srsă e ensine conină realizaă c ajorl ni reresor rifaza c ioe prevăz c n filr capaciiv la ieşire vezi Refera 6. Reresorl se va alimena irec e la reţeaa rifazaă e 4V ca. În consecinţă, valoarea ensinii poae epăşi 5V cc.. Srsa mai incle şi n circi e frânare R fr, T fr c rol e a isipa energia vehiclaă în sens invers e inveror anci cân moorl elecric fncţionează în regim e frânare. Penr oscilografierea în sigranţă a formelor e nă corespnzăoare ensinilor şi a crenţilor e pe cele rei faze se ilizează n sisem e măsră,i

15 Lcrarea 6: Inverorl PWM rifaza e ensine 5 realiza c racoare e ip Hall, fabricae e firma LEM. Asfel, penr crenţi siseml incle rei canale inepenene c racoarele LA-5NP care po măsra insanane crenţi c valori e până la 5A. Prin proiecare s-a ales să se obţină la ieşire semnale e măsră bipolare e maxim ±V în fncţie e sensl şi valoarea crenţilor, semnale separae galvanic e parea e forţă. Penr ensini siseml incle, e asemenea, rei canale inepenene realizae c racoarele LV-5P. Fiecare canal poae măsra c separare galvanică ensini bipolare e până la 8V. Ca şi în cazl canalelor e cren la ieşirea canalelor e ensine se obţin semnale cprinse în gama ±V în fncţie e polariaea şi valoarea ensinilor măsrae. Mole e pere IGBT - SKMGBD R fr Sisem măsră M as T fr, i Şn GND Osciloscop Circie e comană şi proecţie SKHI6 sa SKHIA x PWM PC Molaor PWM perechi e semnale PWM complemenare c imp mor conrol A, B, C Generaor semnale conrol ne sinsoiale conrolae în frecvenţă şi ampliine Fig. 6.7 Schema bloc a monajli e laboraor penr sil inverorli PWM rifaza. Aor: r.ing. Mihai Alb

16 6.T. Gheorghe Asachi in Iaşi, Faclaea IEEI, Laboraor Elecronică e Pere Foare imporan penr lcrările eicae inveroarelor PWM, siseml e măsră incle pe fiecare canal câe n filr aciv rece-jos e orinl II, e ip Cebâşev, realiza c ajorl ni amplificaor operaţional. ilizân n comaor c oă poziţii filr poae fi însera sa n în circil e măsră. Asfel, prin simpla schimbarea a poziţiei comaoarelor semnalele e măsră po fi vizalizae sa achiziţionae c variaţiile reale sa în variană filraă. Bana e recere a fos aleasă până la n khz. În consecinţă, ţinân con că frecvenţa e comaţie a inverorli poae aleasă în gama 5 khz, la ieşirea canalelor e ensine pem obţine na armonicii fnamenale corespnzăoare ensinilor e linie sa fază generae e inverorl PWM rifaza. Efecl filrelor acive pe canalele e măsră a crenţilor n ese specaclos eoarece crenţii e la ieşirea inverorli sn eja filraţi e sarcină, respeciv e înfăşrările moorli asincron. Srsa Tahogen. M as M cc spicdem MC Molaor PWM Inveror PWM Sisem e măsră,i Fig. 6.8 Imaginea monajli e laboraor penr sil inverorli PWM rifaza. Penr comana ranzisoarelor IGBT sn ilizae scheme care incl inegrae sa mole specializae MGD MOS Gae Drivers. În variana inverorli c imaginea in Fig.6.6a s-a iliza n mol e comană SKHI 6, iar în variana in Fig.6.6b s-a iliza mole e comană SKHI A, ambele ipri e mole fiin realizae e firma Semikron. Acese river-e compace sn capabile să comane mai mle ranzisoare simlan şi prezină mliple fncţii: e proecţie, e separare galvanică ec. De exempl, moll SKHI 6 poae comana simlan 6 ranzisoare c grilă MOS IGBT-ri, MOSFET-ri c semnale iferie, fiin inica penr realizarea înr-o manieră simplă şi rapiă a srcrilor rifazae în pne c ranzisoare e pere, mai ales că moll e comană are nevoie e o singră ensine e alimenare. Molele SKHI A po comana oar oă ranzisoare e

17 Lcrarea 6: Inverorl PWM rifaza e ensine 7 pere fiin eicae în special conrolli ni braţ e pne care incle ranzisoarele. Acese mole sn escrise pe larg în Referal 6 şi a fos ilizae înr-o variană şor iferiă SKHI H4 la realizarea converoarelor braţ e pne şi în pne H, escrise în Referal 8, respeciv în Referaele 9 şi. Semnalele logice penr comana IGBT-rilor in opologia inverorli sn frnizae e n molaor PWM eica comenzii inveroarelor. În laboraor po fi ilizae mai mle asemenea molaoare: n molaor iacic realiza în variană analogică escris în Referal 4 sa molaoare implemenae pe srcri nmerice cm ar fi e exempl molaorl obţin c ajorl nei plăci e ezvolare c microconrolerl spicf6a, Microchip spicdem MC Moor Conrol Developmen Boar. Prima variană e molaor generează cele rei perechi e semnalele PWM complemenare c imp mor, corespnzăoare celor rei braţe in pnea rifazaă, ilizân ehnica e molare sinsoială nesincronizaă implemenaă analogic prin compararea ni semnal prăor ringhilar c rei ne molaoare sinsoiale, aşa cm se prezină în Fig6.. Cele rei semnale sinsoiale conrol A, B, C sn frnizae e generaorl semnalelor e conrol realiza sb forma nei inerfeţe conecae la porl paralel al ni calclaor obişni vezi Referal 4. Prin inermeil nor programe special concepe po fi moificae frecvenţa şi ampliinea nelor sinsoiale. Trebie preciza că cele rei sinsoie e conrol formează înoeana n sisem rifaza simeric şi echilibra a aceeaşi frecvenţă, ampliine şi sn efazae c o el înre ele. Programele rlae e calclaor po moifica separa frecvenţa şi ampliinea sinsoielor sa cele oă mărimi po fi moificae simlan păsrân n anmi rapor înre ele. lima variană poae fi ilizaă penr reglarea viezei ni moor asincron pă ehnica e conrol scalar /f. Schema bloc a inverorli PWM rifaza realiza c ajorl molli inegra e comană SKHI 6 ese prezenaă în Fig.6.9. Se poae observa fell în care parea secnară a river-li mlipl, cea care lcrează la ensini riicae, ese conecaă la oae cele rei braţe c ranzisoare IGBT ale srcrii rifazae: T,T, T,T 4, T 5,T 6. Fiecare ranzisor e pere in cele 6 ese coneca la moll e comană prin inermeil a rei legări: prima ese penr grila e comană prinro rezisenţă R G 5Ω, a oa ese legăra c emiorl ranzisorli necesară o penr comană, iar a reia ese legăra la colecorl ranzisorli necesară penr implemenarea fncţiei e proecţie DESAT a river-li. Tooaă, penr înârzierea acivării acesei fncţii e proecţie se ilizează circil exerior molli R VCE C blank 7k 68pF. Parea primară a river-li SKHI 6 lcrează la ensini joase, în inerfaţă c n microsisem nmeric care generează semnalele e comană PWM PWM 6. Acesea po fi aplicae irec inrărilor river-li prin inermeil nei cple e 9 pini acă a n nivel e 5V compaibil CMOS. Aor: r.ing. Mihai Alb

18 8.T. Gheorghe Asachi in Iaşi, Faclaea IEEI, Laboraor Elecronică e Pere Molaor PWM k5 PWM PWM PWM PWM 4 PWM 5 PWM 6 Cplă 9 pini 5V cc k7 BS TOP BOT TOP BOT TOP BOT SKHI 6 TOP BOT V CE Grilă V CET_ V CET_ E V CE Grilă V CET_ V CET_ E V CE R VCE 7k5 R G Ω C Blank 68pF T T Bloc logic 5V cc Spra cren k7 Sop Error O ErrorIn TDT TDT SEL BSTD TOP BOT Grilă V CET_ V CET_ E V CE Grilă V CET_ V CET_ E V CE R VCE R VCE R G R G C Blank C Blank T T 4 V Bloc e proecţie şn 5V cc GND Srsă 9V cc - 9V cc 8 9, 9, GND Logic TOP BOT Grilă V CET_ V CET_ E V CE Grilă V CET_ V CET_ E R VCE R VCE R G R G C Blank C Blank GND Power T 5 T 6 W Fig.6.9 Schema bloc a inverorli PWM rifaza c river-l SKHI 6.

19 Lcrarea 6: Inverorl PWM rifaza e ensine 9 To în parea primară a molli SKHI 6 a fos concepă o schema e comană care spervizează fncţionarea înregli sisem elecronic e pere. Schema incle n bloc logic şi n bloc e proecţie. Blocl logic smează fncţiile e proecţie ale molli SKHI6 c o proecţie splimenară la spracrenţi realizaă în exeriorl river-li inegra. În pls, o schema e comană prezină faciliăţi e blocare şi eblocare voiă a inverorli PWM, în aces scop prevăzânse boane e START şi STOP. Blocl e proecţie la spracrenţi Aces bloc, a cărei schemă ese prezenaă în Fig.6.4, are roll e a monioriza crenl e alimenare a inverorli PWM şi e a aciva c separare galvanică proecţia acă valoarea crenli epăşeşe n anmi prag, aâ poziiv câ şi negaiv. Şn I > 9V cc R4 R k R k C - nf P 5k 9V cc.ω I < GND Power 5V cc k 8 nf TL8 4 nf -9V cc pf 9 8 9V cc ¼ LM9 nf 4 ¼ LM9 R5 4 R6 9k nf 8 6 Spracren HCPL7 5 GND Logic P- 5k nf -9V cc Aor: r.ing. Mihai Alb Fig. 6. Circil e proecţie la spracrenţi. Proecţia la spracren ese realizaă c ajorl ni şn special neinciv LVR Low Volage Resisance coneca în circil inermeiar e c.c. al sisemli elecronic e pere vezi Fig.6.7. Căerea e ensine e pe şn, e orinl selor e milivolţi, ese filraă filr rece-jos R-R-C şi amplificaă c

20 .T. Gheorghe Asachi in Iaşi, Faclaea IEEI, Laboraor Elecronică e Pere ajorl circili TL8. Mai epare semnall amplifica ese aplica pe inrările a oă comparaore LM9. Pe celelale inrări ale comparaoarelor, prin inermeil nor semireglabile, sn fixae pragrile crenli poziiv, respeciv negaiv maxim, pe care poae să-l preia srcra c ranzisoare fiecare ranzisor în pare. Aceasă pare in schemă ese legaă galvanic la parea e forţă la masa e forţă GND Power şi la şn. Penr a evia propagarea nor perrbaţii sa a nor poenţiale riicae în parea logică a schemei e comană semnall e la ieşirea comparaoarelor, care pne în evienţă apariţia ni spracren, ese ransmis schemei logice prin inermeil ni opocplor HCPL7. Blocl logic Semnall logic c semnificaţia apariţiei ni spracren frniza prin inermeil opocplorli HCPL7, precm şi semnalele e START/STOP sn prelcrae logic e schema in Fig.6.. Elemenl principal al acesei scheme sn cele oă porţi logice 49 e ip NAND conecae înr-o srcră e ip bisabil. În cazl apariţiei ni cren e sprasarcină sa e scr circi semnall logic /Spracren basclează bisabill. Acesa memorează sarea, blochează prin inermeil semnalli /STOP aciv în zero logic moll e comană şi semnalizează lminos prin inermeil LED-li roş sarea e avarie. 5V cc D N448 C,5µF R8 k START D k STOP GND Logic 5V cc R6 R ¼ 49 R ON vere 6 5 R 7 OFF roş ½ 47 D /STOP N448 /Spracren 5V cc Fig. 6. Schema blocli logic şi a circili e START/STOP. Şi moll SKHI6 poseă o schemă e proecţie la crenţi e scr circi proecţie DESAT penr fiecare ranzisor e pere în pare. Anci cân crenl prinr-n asemenea ispoziiv epăşeşe o anmiă valoare ensinea pe acesa creşe

21 Lcrarea 6: Inverorl PWM rifaza e ensine pese n prag schema e proecţie evine acivă şi blochează înreg moll în sensl opririi semnalelor e comană PWM. Tooaă, pe ieşirea ErrorO apare n semnal riica e 5V în scopl semnalizării sării e avarie nei srcri e comană ierarhic sperioare microcoroler, DSP ec.. Sarea e avarie în aces caz ese menţină până se sesizează menţinerea ror semnalelor PWM în zero n imp mai mare e 9 µsec. Aces fap ese sinonim c n semnal e RESET. Exisă şi posibiliaea blocării inenţionae in exerior a ror ranzisoarelor e pere acă se apasă pe bonl e STOP al schemei logice. Sarea e blocare mai ese insă şi la pnerea sb ensine penr a evia comenzi false până cân ensinea e alimenare se sabileşe la valoarea e regim. Sarea e blocare poae fi anlaă acă ol ese în orine prin apăsarea bonli e START. Cele oă sări e fncţionare şi e blocare sn semnalizae lminos c ajorl nor leri e cloare vere, respeciv roşie. Srsa mliplă e alimenare Penr alimenarea blocli logic şi a moli e comană SKHI 6 ese necesară e o ensine sabilizaă e 5V cc. TR /x8v ca xv ca LM 785 5V cc µf nf nf V LM 789 GND Logic 9V cc µf nf nf µf nf nf GND Power LM 799-9V cc Fig.6. Srsa mliplă penr alimenarea schemei e comană a inverorli PWM. De asemenea, penr alimenarea schemei e proecţie a amplificaorli operaţional TL8 şi a comparaoarelor LM9 ese necesară o ensine sabilizaă Aor: r.ing. Mihai Alb

22 .T. Gheorghe Asachi in Iaşi, Faclaea IEEI, Laboraor Elecronică e Pere blă ±9V cc, separaă galvanic e prima. În scopl obţinerii acesor ensini s-a realiza o srsă mliplă a cărei schemă ese prezenaă în Fig.6.. Pe lângă elemenele in monajl e laboraor prezena în Fig.6.7 mai sn necesare oă osciloscoape c oă spori penr a vizaliza formele e nă a semnalelor molaoare, a semnalelelor PWM complemenare c imp mor, respeciv a ensinilor şi crenţilor e ieşire. Al oilea osciloscop rebie să prezine fncţia e analiză armonică a semnalelor FFT. De asemenea, lcrarea e laboraor mai ilizează n calclaor PC oa c n aapor SB - por paralel, realiza în laboraor. C ajorl acesi aapor şi a nor programe concepe în C poae fi programa generaorl semnalelor sinsoiale e conrol în cazl ilizării molaorli PWM în variană analogică molare sinsoială. Se po iliza oă programe, nl concep penr moificarea separaă a frecvenţei şi a ampliinii nelor molaoare şi n al oilea program care permie moificarea simlană a acesor oă variabile înr-n anmi rapor ales penr conroll /f a ni moor asincron. 5. Mol e lcr. Se va analiza aen schema inverorli PWM rifaza în pne şi se va sia moaliaea e comană a celor rei braţe e pne ilizân ehnica molării sinsoiale;. Se vor sia moaliăţile e calcl ale ensinilor e linie şi e fază e la ieşirea inveroarelor PWM rifazae şi se vor confrna relaţiile obţine c iagramele corespnzăoare in Fig.6.;. Se va analiza posibiliaea e a regla frecvenţa şi ampliea armonicilor fnamenale ale ensinilor e fază, respeciv e linie, e la ieşirea inveroarelor PWM rifazae; 4. Se va analiza în ce conex se impne spramolarea şi care sn consecinţele acesi ip e comană. Se vor sia iagramele inverorli rifaza c nă plină ca n caz pariclar e fncţionare al inverorli PWM; 5. Se va insisa în mo eosebi pe analiza armonicilor e la ieşirea inveroarelor PWM rifazae în cazl ilizării molării sinsoiale sincronizae sa nesincronizae, în gama liniară sa în cazl spramolării; 6. Se vor sia solţiile consrcive ale srcrilor rifazae c ranzisoare e pere in Laboraorl Elecronică e pere şi se vor analiza moaliăţile e comană şi e proecţie ilizae; 7. Se va realiza monajl experimenal penr sil inverorli PWM rifaza pe baza schemei in Fig.6.7 şi a imaginii in Fig.6.8. Se va acora o aenţie

23 Lcrarea 6: Inverorl PWM rifaza e ensine eosebiă la mol e conecare a sisemli e măsră, ienificân-se circiele rifazae e măsră ale ensinilor, respeciv ale crenţilor; 8. Se va alimena schema e comană a inverorli şi a molaorli PWM împrenă c generaorl semnalelor e conrol sinsoiale comana prin inermeil calclaorli vezi imaginea in Fig.6.; 9. Se va lansa programl care permie reglarea simlană a frecvenţei şi ampliinii sinsoielor molaoare şi se vor oscilografia semnale armonice ecalae c o el c ajorl primli osciloscop. Se va pne în evienţă posibiliaea moificării frecvenţei şi ampliinii acesora;. Se va oscilografia n semnal e conrol sinsoial împrenă c semnall ringhilar penr a pne în evienţă ehnica e molare sinsoială nesincronizaă în gama liniară ilizaă în cazl lcrării e faţă;. Se va apăsa bonl e START a molaorli PWM şi se vor oscilografia pe rân perechile e semnale PWM complemenare c imp mor penr cele rei braţe. Se va observa moificarea conină a facorli e mplere prin realizarea nor capri sccesive ale semnalelor;. Se va porni al oilea osciloscop şi se vor coneca sonele la siseml e măsră penr oscilografierea ni cren şi a nei ensini e fază;. Se va pne în fncţine srsa e pere alimenân mai înâi schema e comană a aceseia pă care se va alimena reresorl rifaza c ioe prin acţionarea înrerpăorli corespnzăor e pe ablol afla în imeiaa apropriere a lcrării. Dpă aces momen oae manevrele rebie realizae c mlă aenţie penr a n ainge părţi mealice aflae la poenţiale riicae!!! ; 4. Se va fixa frecvenţa nelor molaoare la valoarea e 5Hz c ajorl programli rla e calclaor şi se va porni inverorl PWM rifaza apăsân bonl e START al acesia. Acţinea va eclanşa o pornire irecă a moorli asincron alimena e inveror. Din aces moiv ese recomanaă o pornire în gol a acesia; 5. Se va observa efecl e moificarea a viezei moorli prin moificarea simlană a frecvenţei şi ampliinii semnalelor sinsoiale e conrol c ajorl calclaorli. Simlan vor fi observae şi mol în care se moifică na ensinii şi na crenli e fază prelae c ajorl osciloscopli; 6. Se va observa efecl e filrare al crenli aoriă incanţei înfăşrărilor moorli. Asfel, în cia nei ensini sb forma ni ren e impsri molae în lăţime e frecvenţă riicaă, sarcina incivă va fi parcrsă e n cren aproape sinsoial; 7. Se va observa creşerea ampliinii crenli acă moorl ese încărca mecanic c ajorl maşinii e c.c. frânare inamică se leagă n reosa la Aor: r.ing. Mihai Alb

24 4.T. Gheorghe Asachi in Iaşi, Faclaea IEEI, Laboraor Elecronică e Pere insl aceseia sa c ajorl frânei elecromagneice se alimenează frâna c ensine conină crescăoare până la maxim V cc ; 8. Se vor oscilografia simlan câe oă ensini e linie sa e fază la iferie frecvenţe ale nelor molaoare. Formele e nă nefilrae rebie să fie asemănăoare c cele in Fig.6.. Dacă pe canalele e măsră se vor inroce filrele acive se vor pne în evienţă armonicile fnamenale ale ensinilor. Se va observa efazajl c o el inre ele şi moificarea ampliinii, respeciv a frecvenţei acesora prin inermeil nelor molaoare; 9. La o anmiă frecvenţă şi ampliine a semnalli molaor se va capra c ajorl osciloscopli n semnal nefilra al nei ensini e fază sa linie şi se va face o analiză armonică apăsân bonl FFT Fas Forier Transform. Se vor pne în evienţă ampliinea armonicii fnamenale şi ampliinile armonicilor sperioare conform celor prezenae în refera;. Aceleaşi eerminări vor fi realizae şi în cazl ilizării ni molaor PWM în variană igială implemena c ajorl plăcii e ezvolare spicdem MC aşa cm se prezină în imaginea in Fig.6.8. Fig. 6. Imaginea e ansambl a monajli e laboraor care incle a oa variană e inveror PWM rifaza realiza în consrcţie închisă - c mole e comană SKHIA şi molaorl PWM în variană analogică.

25 Lcrarea 6: Inverorl PWM rifaza e ensine 5 6. Dae experimenale Fig. 5. Tensinile e linie la ieşirea inverorli PWM rifaza penr f 5Hz, respeciv f Hz m f scăz. Fig. 5. Tensinile e fază pe înfăşrările legae în sea ale moorli alimena e inverorl PWM penr f 5Hz, respeciv f Hz. Fig. 5. Tensinea e fază şi crenl prin înfăşrările ni moor asincron alimena e la inverorl PWM: a ensine nefilraă, b ensine filraă. Aor: r.ing. Mihai Alb