Уточненные модели трехфазного транзисторного преобразователя
DOI:
https://doi.org/10.24160/0013-5380-2026-4-29-40Ключевые слова:
автономный инвертор напряжения, паразитная индуктивность, «мертвое» время, коммутационное перенапряжение, предмодуляция, потери энергии, температура, моделирование, затраты машинного времениАннотация
В статье описаны математические и компьютерные модели трехфазного транзисторного мостового инвертора (IGBT-моста). В моделях учтено время переключения полупроводников, “мертвое” время при их переключении, “паразитные” индуктивности схем, снабберные цепи, дискретность управления. Учтена предмодуляция напряжений управления для повышения использования оборудования по напряжению, а также 3-пульсная и 6-пульсная предмодуляции для снижения потерь энергии в IGBT-модулях и в RC-цепях. Предусмотрен учет процессов нагрева транзисторов и обратных диодов. Для обеспечения высокого быстродействия моделей использована методология расчета систем по подсистемам, взаимосвязанным зависимыми источниками напряжения и тока. Компьютерные модели разработаны на языке С++ для расчетов в среде ComSim, а также в новой среде FastMod, где используется многоядерное исполнение процессоров для реализации многопоточных вычислений. При использовании моделей, созданных в трех указанных средах, получено, что при идентичных исходных параметрах анализируемой установки при идентичных параметрах расчета (шаг расчета по времени и др.) все три модели дают одинаковые результаты (различия незначительны). По затратам машинного времени на расчеты преимущество имеет FastMod, затем ComSim. Отмечено, что в трехфазном IGBT-мосте целесообразны предмодуляция для повышения использования оборудования по напряжению, а также 6-пульсная предмодуляция (“притяжка” напряжений управления к ограничениям введением составляющих нулевой последовательности), позволяющая сократить суммарные потери мощности приблизительно на треть и снизить нагрев полупроводниковых элементов.
Библиографические ссылки
1. Серов Н.А. и др. Электротрансмиссии самосвалов БелАз грузоподъемностью 136 т. – Горное оборудование и электромеханика, 2005, № 5, с. 22–25.
2. Козярук А.Е., Таранов С.И. Применение унифицированной системы управления электроприводами самосвала и экскаватора и способы ее диагностики. – Вестник Ивановского государственного энергетического университета, 2013, № 1, с. 104–108.
3. Ефимов А.А. Активные преобразователи в регулируемых электроприводах переменного тока. Новоуральск: Изд-во НГТИ, 2001, 250 с.
4. Козярук А.Е. Современные эффективные электроприводы производственных и транспортных механизмов. – Электротехника, 2019, № 3, с. 33–37.
5. Мустафа Г.М. Преобразователь частоты для гребного электродвигателя. – Электротехника, 2014, №1, с. 46–53.
6. Воронцов А.Г. и др. Особенности управления каскадными преобразователями частоты. – Записки Горного института, 2020, № 2, с. 37–45.
7. Абрамович Б.Н., Сычев Ю.А. Повышение качества электрической энергии с помощью параллельного активного фильтра в системах электроснабжения промышленных предприятий. – Электричество, 2012, № 3, с. 7–11.
8. Guzman R. et al. Active Damping Control for a Three-Phase Grid-Connected Inverter Using Sliding Mode Control. – 39th Annual Conf. of the IEEE Industrial Electronics Society, 2013, pp. 382–387, DOI: 10.1109/IECON.2013.6699166.
9. Acuña P. et al. An Active Power Filter Using Single-Phase NPC Converters and Predictive Control for Medium Voltage Distribution Systems. – 39th Annual Conf. of the IEEE Industrial Electronics Society, 2013, pp. 8516–8521, DOI: 10.1109/IECON.2013.6700562.
10. Пронин М.В., Воронцов А.Г. Электромеханотронные комплексы и их моделирование на ЭВМ по взаимосвязанным подсистемам. СПб.: Ладога, 2020, 336 с.
11. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2019661058 РФ ComSim1_5 / А.Г. Воронцов, 2019.
12. Воронцов А.Г., Пронин М.В. Расчет систем с электрическими машинами и полупроводниковыми преобразователями на быстродействующих сдвоенных моделях. – Электротехника, 2021, № 1, c. 20–25.
13. Григорян А.С. и др. Моделирование IGBT-преобразователей по взаимосвязанным подсистемам с учетом снабберных цепей. – Известия СПбГЭТУ “ЛЭТИ”, 2018, № 2, с. 43–47.
14. Фолкер Д., Колпаков А. Главное – не перегреть! Силовые модули для гибридного и электрического транспорта. – Силовая электроника, 2010, № 4, с. 26–29.
15. Виноградов А., Сибирцев А., Колодин И. Реализация защиты преобразователя частоты на основе динамической тепловой модели IGBT-модуля. – Силовая электроника, 2006, № 2, с. 58–65.
16. Ильин М.В. Определение собственных тепловых сопротивлений силовых транзисторов и диодов IGBT модуля на основе его трёхмерной модели. – Электротехника, 2019, № 7, с. 19–23.
17. Nguyen T.D. et al. A Direct Digital Technique Implementation of General Discontinuous Pulse Width Modulation Strategy. – IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2011, vol. 58, No. 9, pp. 4445–4454, DOI: 10.1109/TIE.2010.2102311.
18. Balenciaga J.X. et al. Discontinuous PWM Technique with Reduced Low-Order Harmonic Distortion for High-Power Applications. – IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2023, vol. 70, No. 10, pp. 9741–9750, DOI: 10.1109/TIE.2022.3219120.
19. Xu J. et al. Minimum Switching Losses Discontinuous PWM Strategy for Bidirectional Single-Phase AC–DC Converter with Active Power Decoupling Circuit. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2021, vol. 36, No. 5, pp. 6118–6132, DOI: 10.1109/TPEL.2020.3040013.
20. Виноградов И.М. Математическая энциклопедия. 5 томов. М.: Советская энциклопедия, 1977–1985, 3000 с.
#
1. Serov N.A. et al. Gornoe oborudovanie i elektromekhanika – in Russ. (Mining Equipment and Electromechanics), 2005, No. 5, pp. 22–25.
2. Kozyaruk A.E., Taranov S.I. Vestnik Ivanovskogo gosu-darstvennogo energeticheskogo universiteta – in Russ. (Bulletin of the Ivanovo State Power Engineering University), 2013, No. 1, pp. 104–108.
3. Efimov A.A. Aktivnye preobrazovateli v reguliruemyh elektro-privodah peremennogo toka (Active Converters in Regulated AC Electric Drives). Novoural’sk: Izd-vo NGTI, 2001, 250 p.
4. Kozyaruk A.E. Elektrotekhnika – in Russ. (Electrical Engine-ering), 2019, No. 3, pp. 33–37.
5. Mustafa G.M. Elektrotekhnika – in Russ. (Electrical Engine-ering), 2014, №1, pp. 46–53.
6. Vorontsov A.G. et al. Zapiski Gornogo instituta – in Russ. (Notes of the Mining Institute), 2020, No. 2, pp. 37–45.
7. Abramovich B.N., Sychev Yu.A. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2012, No. 3, pp. 7–11.
8. Guzman R. et al. Active Damping Control for a Three-Phase Grid-Connected Inverter Using Sliding Mode Control. – 39th Annual Conf. of the IEEE Industrial Electronics Society, 2013, pp. 382–387, DOI: 10.1109/IECON.2013.6699166.
9. Acuña P. et al. An Active Power Filter Using Single-Phase NPC Converters and Predictive Control for Medium Voltage Distribution Systems. – 39th Annual Conf. of the IEEE Industrial Electronics Society, 2013, pp. 8516–8521, DOI: 10.1109/IECON.2013.6700562.
10. Pronin M.V., Vorontsov A.G. Elektromekhanotronnye kom-pleksy i ih modelirovanie na EVM po vzaimosvyazannym podsistemam (Electromechanotronic Complexes and Their Computer Modeling Based on Interconnected Subsystems). SPb.: Ladoga, 2020, 336 p.
11. Certificate of State Registration of the Computer Program No. 2019661058 RF ComSim1_5 / A.G. Vorontsov, 2019.
12. Vorontsov A.G., Pronin M.V. Elektrotekhnika – in Russ. (Electrical Engineering), 2021, No. 1, c. 20–25.
13. Grigoryan A.S. et al. Izvestiya SPbGETU “LETI” – in Russ. (Izvestiya SPbSETU “LETI”), 2018, No. 2, pp. 43–47.
14. Folker D., Kolpakov A. Silovaya elektronika – in Russ. (Power Electronics), 2010, No. 4, pp. 26–29.
15. Vinogradov A., Sibirtsev A., Kolodin I. Silovaya elektronika – in Russ. (Power Electronics), 2006, No. 2, pp. 58–65.
16. Il’in M.V. Elektrotekhnika – in Russ. (Electrical Engineering), 2019, No. 7, pp. 19–23.
17. Nguyen T.D. et al. A Direct Digital Technique Implementation of General Discontinuous Pulse Width Modulation Strategy. – IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2011, vol. 58, No. 9, pp. 4445–4454, DOI: 10.1109/TIE.2010.2102311.
18. Balenciaga J.X. et al. Discontinuous PWM Technique with Reduced Low-Order Harmonic Distortion for High-Power Applications. – IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2023, vol. 70, No. 10, pp. 9741–9750, DOI: 10.1109/TIE.2022.3219120.
19. Xu J. et al. Minimum Switching Losses Discontinuous PWM Strategy for Bidirectional Single-Phase AC–DC Converter with Active Power Decoupling Circuit. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2021, vol. 36, No. 5, pp. 6118–6132, DOI: 10.1109/TPEL.2020.3040013.
20. Vinogradov I.M. Matematicheskaya entsiklopediya. 5 tomov (Mathematical Encyclopedia. 5 Volumes). M.: Sovetskaya entsiklopediya, 1977–1985, 3000 p
