автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Регулируемый электропривод переменного тока на базе двухзвенного непосредственного преобразователя частоты с координатной стратегией управления

На правах рукописи

Кривовяз Владимир Константинович

РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА НА БАЗЕ ДВУХЗВЕННОГО НЕПОСРЕДСТВЕННОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ С КООРДИНАТНОЙ СТРАТЕГИЕЙ УПРАВЛЕНИЯ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург 2005

г

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Новоуральский государственный технологический институт»

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Шрейнер Рудольф Теодорович

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Вейнгер Александр Меерович

кандидат технических наук, доцент Ишматов Закир Шарифович

Ведущая организации

ОАО УПП «Вектор», г. Екатеринбург

Защита состоится 21 декабря 2005 г. в 12 ч. 00 мин. в аудитории Э-406 на заседании диссертационного совета Д.212.285.03 при Уральском государственном техническом университете по адресу: 620002, г. Екатеринбург, К-2, ул. Мира, 19.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральского государственного технического университета.

Автореферат разослан 18 ноября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

а.В. Паздсрин

¿>007 - ^

/г

246Ж5~!

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Достоинства регулируемого электропривода переменного тока (ЭПГГГ) определяют тенденцию расширения областей его применения, при этом происходит постоянное совершенствование систем самого привода, в первую очередь за счет развития силовой и управляющей электроники. Массовое общепромышленное применение сегодня получили регулируемые ЭПГГГ на базе наиболее конструктивно простых, дешевых, надежных и универсальных асинхронных двигателей (АД) с питанием от полупроводниковых преобразователей частоты (ПЧ). Основным назначением ПЧ как неотъемлемого элемента современного регулируемого ЭПГГГ является формирование режимов работы электрических двигателей, обеспечивающих требуемые электромеханические свойства привода. В тоже время, наряду с традиционными вопросами эффективного управления приводами сегодня, как никогда актуальными становятся вопросы энергосбережения и улучшения энергетической и электромагнитной совместимости электроприводов с питающей сетью, что неизбежно связано с проблемой дальнейшего усовершенствования силовых схем и алгоритмов управления полупроводниковыми ПЧ в системах электроприводов как электромеханических комплексов.

Развитие преобразовательной техники для систем ЭППТ исторически шло в двух основных направлениях: двухзвенные преобразователи частоты (ДПЧ) с промежуточным звеном постоянного тока и непосредственные преобразователи частоты (НПЧ). Современные схемные решения и алгоритмы управления ДПЧ позволяют получить системы управляемого ЭППТ с предельным быстродействием, а также обеспечивают решение вопросов рекуперации и электромагнитной совместимости преобразователей, как с нагрузкой, так и с питающей сетью. Наиболее существенным недостатком ДПЧ является наличие громоздкого накопителя энергии в промежуточном звене постоянного тока.

Преобразователи второго типа свободны от последнего недостатка структуры и выигрывают в массогабаритных показателях. Несмотря на свою перспективность, НПЧ до сих пор серийно выпускаются в относительно малых количествах. Это связано со спецификой процессов коммутации, требующих сложной технической реализации. Сегодня активно ведутся исследования в области разработки матричных НПЧ (МНПЧ) на полностью управляемых силовых ключах. Созданы алгоритмы управления, обеспечивающие как заданные режимы работы нагрузки, так и улучшенные энергетическую и электромагнитную совместимость НПЧ с питающей сетью - потребление близких к синусоидальным токов, двусторонний обмен электрической энергией и единичный сетевой коэффициент мощности. Широкое внедрение МНПЧ серьёзно сдерживается проблемой безопасной коммутации силовых ключей с двухсторонней проводимостью тока, которая предъявляет противоречивые требования к формированию сигналов управления полупроводниковыми приборами. С одной стороны необходимо обеспечить неразрывность

РОС. национальная библиотека С-Пгтербург

200 ур К

токов индуктивной нагрузки, а с другой - не допустить короткого замыкания напряжения входных емкостей коммутатора НГГЧ. Для решения данной проблемы разработаны алгоритмы многошаговой коммутации составных ключей с соответствующим усложнением аппаратной реализации.

Комплексным решением проблем усовершенствования средств управления ЭППТ является использование двухзвенных непосредственных преобразователей частоты (ДНПЧ), состоящих из непосредственно соединенных активного выпрямителя (АВ) и автономного инвертора (АИ) без промежуточного фильтра. В сравнении с ДПЧ они обладают улучшенными массога-баритными показателями, преимуществом перед МНПЧ является возможность обеспечения безопасной коммутации силовых ключей на алгоритмическом уровне без усложнения схемы и более простое решение проблем безопасного выключения ПЧ в случае возникновения аварий.

Целыо диссертационной работы является совершенствование систем регулируемых электроприводов переменного тока на базе активных двухзвенных непосредственных преобразователей частоты с импульсно-модуляционными алгоритмами управления. В соответствии с поставленной целыо определены следующие основные задачи работы:

1) обзор современных методов и алгоритмов управления активными НПЧ в составе ЭППТ;

2) выбор математического описания силовой части ДНПЧ как дискретно-непрерывного компонента системы ЭППТ;

3) развитие концепции управления ДНПЧ в системе ЭППТ на основе координатной стратегии и разработка её базовых элементов;

4) разработка математической модели локальной системы автоматического управления (САУ) ДНПЧ и алгоритмов функционирования её элементов;

5) синтез системы автоматического регулирования (САР) ЭППТ с ДНПЧ;

6) разработка цифровой имитационной модели для исследования статических и динамических режимов работы ЭППТ на базе ДНПЧ;

7) разработка макетного образца ЭППТ на базе ДНПЧ с микропроцессорной системой управления;

8) проведение модельных и экспериментальных исследований статических и динамических режимов работы ЭППТ на базе ДНПЧ;

Методы исследований базируются на положениях общей теории электротехники, преобразовательной техники, автоматизированного электропривода, теории автоматического управления. Разработка математической модели ЭППТ проводилась на основе теории обобщенной электрической машины переменного тока с питанием от непосредственного преобразователя частоты с учетом особенностей коммутационных процессов. Моделирование основывалось на векторном подходе с преобразованием анализируемых величин во вращающиеся системы координат. Исследования статических и динамических режимов работы ЭППТ проведены методами математического моделирования и физического эксперимента.

Достоверность полученных результатов обусловлена использованием апробированных математических аналитических и численных методов и подтверждена удовлетворительным для инженерной практики совпадением результатов анализа, компьютерного моделирования и экспериментальных исследований.

Научная новизна представляемой диссертационной работы заключается в следующем:

1) Развита двухэтапная концепция управления ДНПЧ в системах ЭШ1Т с уточнением ключевых понятий, комплексным учетом и формулировкой требований, предъявляемых к преобразователю как источнику питания электрического двигателя, как потребителю в системе электроснабжения и как силовому регулирующему элементу САР электропривода. Разработаны этапы данной концепции на основе координатной стратегии ШИМ.

2) Для первого этапа сформулирована задача формирования эталонных модулирующих функций в системе управления ДНПЧ с ШИМ. Теоретически обоснована структура блока формирования эталонных модулирующих функций ДНПЧ, удовлетворяющих задачам управления, а именно оптимальному распределению функций управления между АВ и АИ, согласованию функций управления выходным напряжением и входной реактивной мощностью на основе выбора приоритетов.

3) Для второго этапа разработаны базовые теоретические положения адаптированной широтно-импульсной аппроксимации эталонных модулирующих функций. Разработана адаптированная координатная стратегия по-фазного формирования коммутационных функций выпрямителя и инвертора ДНПЧ с выделением из них ведущего и ведомого коммутатора и адаптацией коммутационной функции ведомого к коммутационной функции ведущего.

4) Для решения проблемы адаптации разработан метод приведения коммутационной функции ведомого коммутатора и предложены алгоритмы его реализации путем либо модуляции опорного сигнала ШИМ, либо предмо-дуляции эталонных модулирующих функций ведомого коммутатора.

5) Предложены меры повышения точности воспроизведения управляющих воздействий преобразователя путем прямой либо косвенной компенсации эффекта мертвого времени и падения напряжения на ключах с учетом особенностей режимов работы коммутаторов ДНПЧ.

6) Разработана математическая модель ЭППТ на базе асинхронного двигателя и ДНПЧ с системой управления, реализующей двухэтапную концепцию на основе адаптированной координатной стратегии ШИМ.

7) Теоретически доказана и экспериментально подтверждена возможность построения систем регулируемых электроприводов переменного тока с высоким качеством потребления и электромеханического преобразования электрической энергии на базе ДНПЧ.

Практическая ценность

1) Разработанная математическая модель ЭППТ на базе ДНПЧ позволяет повысить эффективность исследований режимов работы привода, дает возможность получения достоверных данных поведения исследуемой системы за счет учета в модели особенностей дискретно-непрерывной системы «преобразователь-двигатель», позволяет сократить временные и материальные затраты при проведении исследований на этапах проектирования и пуско-наладочных работ на реальных объектах.

2) Представленные в диссертационной работе двухэтапная концепция и координатная стратегия управления ДНПЧ как элементом управляемого электромеханического преобразовательного комплекса способствуют дальнейшему развитию систем регулируемого электропривода переменного тока в направлении улучшения массогабаритных показателей, электромагнитной совместимости ПЧ с питающей сетью и нагрузкой, синусоидальности выходных и входных токов, обеспечения регулирования сетевого коэффициента мощности и рекуперации электрической энергии.

Апробация. Основные материалы работы были представлены на научно-технической конференции (НТК), посвященной столетию со дня рождения профессора Н.С. Сиунова (г.Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2003г.); Международной НТК по электрическим машинам и приводам IEMDC-03 (США, Мэдисон, Висконсинский университет, 2003г.); X Европейской НТК по силовой электронике и её применению ЕРЕ-2003 (Франция, Тулуза, 2003г.); Международной НТК «Силовая электроника и энергоэффективность» СЭЭ-2003 (Украина, г. Алушта, 2003); IV Международной (XV Всероссийской) конференции «Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития» АЭП-2004 (г.Магнитогорск, 2004 г.); XI Европейской НТК по силовой электронике и управлению движением РЕМС-2004 (Латвия, Рига, 2004г.); VIII Международной НТК «Проблемы современной электротехники-2004» (Украина, г.Киев, 2004г.); XIII Международной НТК «Электроприводы переменного тока» ЭППТ-05 (г.Екатеринбург, УГУ-УПИ); Международной НТК «Энергетика, экология, энергосбережение» (Казахстан, г.Усть-Каменогорск, 2005г.); XI Европейской НТК по силовой электронике и её применению ЕРЕ-2005 (ФРГ, Дрезден, 2005г.); НТК «Автоматизированные и прогрессивные технологии» АПТ-2005 (НГТИ, г.Новоуральск, 2005г.).

Внедрение результатов работы I) На основе двухэтапной концепции и адаптированной координатной ШИМ разработано алгоритмическое и программное обеспечение системы управления асинхронного электропривода с двухзвенным непосредственным преобразователем частоты, включающее компьютерную математическую модель системы «ДНПЧ-АД», комплекс алгоритмов и рабочих программ управления. Данное алгоритмическое и программное обеспечение использовано предприятием «Автоматизированные системы и комплексы», г. Екатеринбург при разработке асинхронного электропривода с транзистор-

ным ДНПЧ и микропроцессорной системой управления для модернизации продольно-строгального станка 7А256 по заказу корпорации «ВСМПО-АВИСМА», г. Верхняя Салда. 2) Созданная моделирующая компьютерная программа используется в учебном процессе в Российском государственном профессионально-педагогическом университете при проведении лабораторных работ по курсам «Автоматизированный электропривод» и «Основы преобразовательной техники».

На защиту выносятся:

1) Двухэтапная концепция управления ДНПЧ в системе ЭППТ с разработкой её этапов на основе координатной стратегии ШИМ.

2) Структура блока формирования эталонных модулирующих функций.

3)" Базовые теоретические положения по реализации адаптированной широт-но-импульсной аппроксимации эталонных модулирующих функций преобразователя частоты, в том числе: адаптированная координатная стратегия пофазного формирования коммутационных функций АВ и АИ; метод приведения коммутационной функции ведомого коммутатора и алгоритмы его реализации; меры повышения точности воспроизведения управляющих воздействий коммутаторов ДНПЧ.

4) Математическая модель ЭППТ на базе ДНПЧ с системой управления, реализующей двухэтапную концепцию на основе адаптированной координатной ШИМ.

5) Теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение возможности построения систем регулируемых ЭППТ с высоким качеством потребления и электромеханического преобразования электрической энергии на базе ДНПЧ.

Публикации. В процессе выполнения диссертационной работы опубликовано 11 статей и докладов, в том числе 7 в зарубежных изданиях, получено положительное решение о выдаче патента на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 139 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав и заключения, иллюстрированными 48 рисунками, списка литературы из 148 наименований и 2 приложений на 4 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена общая характеристика диссертационной работы, обоснована актуальность задачи диссертационного исследования, отражены научная новизна, практическая ценность, выдвинуты защищаемые положения.

Б первой главе рассмотрены основные этапы развития преобразователей частоты для систем ЭППТ, выполнен обзор работ, посвященных НПЧ на полностью управляемых ключах. Выделены достоинства ДНПЧ. Обоснована

необходимость дальнейших исследований непосредственных преобразователей, сформулированы задачи диссертационного исследования.

Во второй главе изложены общая стратегия широтно-импульсного управления ДНПЧ, рассмотрен принцип адаптации дискретных коммутационных функций АВ и АИ на примере однофазного ДНПЧ, состоящего из двух последовательно соединенных однофазных мостовых коммутаторов на полностью управляемых ключах (рис.1).

Управление силовыми ключами коммутаторов осуществляется на основе координатной стратегии ШИМ. Целью ШИМ-управления является формирование заданного среднего на периоде ШИМ значения выходного напряжения путем воздействия на среднее значение (/ )

Рис. 1. Однофазно-однофазный ДНПЧ

дискретнои коммутационной функции ПЧ /(<). На информационные входы системы управления ДНПЧ подаются эталонные модулирующие воздействия и ф*2 (7), которые представляют собой желаемые значения полезных составляющих коммутационных функций АВ и АИ. На периоде ШИМ необходимо обеспечить:

(1)

где ф'(1) - эталонная результирующая модулирующая функция ДНПЧ.

Анализ работы схемы выполнен при двух допущениях: 1) силовые ключи являются идеальными; 2) частота опорного сигнала ШИМ фшЦ) много больше основных частот входного и выходного напряжений ПЧ.

Широтно-модулированная коммутационная функция может быть разложена на полезную составляющую / , равную среднему за период ШИМ

значению этой функции, и модуляционную составляющую /мод. В общем, случае вследствие отсутствия промежуточного фильтра, среднее значение ре-зупътирующеи коммутационной функции ДНПЧ не равно произведению средних значений коммутационных функций АВ и ЛИ. Оно содержит искажающую компоненту, определяемую взаимодействием модуляционных составляющих коммутационных функций АВ и АИ. Принципиальным решением задачи исключения данной искажающей компоненты является модифика-

ция алгоритмов управления ключами, обеспечивающая одностороннюю либо взаимную адаптацию коммутационных функций звеньев ДНПЧ. Математическим условием такой адаптации является обеспечение равенства среднего за период ШИМ значения произведения коммутационных функций звеньев преобразователя произведению средних значений коммутационных функций этих звеньев.

Для решения данной задачи в работе предложен метод приведения, заключающийся в следующем. Один из коммутаторов назначается ведущим, другой - ведомым. Коммутационная функция ведомого коммутатора адаптируется к коммутационной функции ведущего. Ключом к разработке адаптированного алгоритма управления является то обстоятельство, что в пределах периода ШИМ существует конечное число временных интервалов, на которых коммутационная функция АВ не изменяет своего значения и конечное число интервалов постоянства коммутационной функции АИ. Данное обстоятельство позволяет сформулировать следующий принцип адаптации. Для обеспечения условий работы ведомого коммутатора, идентичных условиям ведущего, следует выполнить эквивалентное приведение коммутационной функции ведомого коммутатора, первоначально сформированной на интервале ШИМ, к интервалам постоянства значений коммутационной функции ведущего с сохранением области значений и временных пропорций исходной коммутационной функции ведомого коммутатора. На основе этого принципа рассмотрены различные варианты реализации метода приведения с пред-модуляцией либо опорного, либо эталонного модулирующего сигналов ведомого коммутатора.

В третей главе представлена математическая модель ЭППТ на базе асинхронного двигателя и ДНПЧ, на основе которой развита двухэтапная концепция ШИМ-управления ДНПЧ в системе ЭППТ. Предложены алгоритмы формирования эталонных модулирующих функций и разработаны базовые теоретические положения адаптированной широтно-импульсной аппроксимации эталонных модулирующих функций. Разработана адаптированная координатная стратегия пофазного формирования коммутационных функций и сигналов управления силовыми ключами выпрямителя и инвертора ДНПЧ.

На рис.2 представлена принципиальная схема силовой части ЭППТ с трехфазным ДНПЧ. Для математического описания процессов, протекающих в силовой части ДНПЧ, введены абстрактные алгебраические векторы-столбцы напряжений и токов сети, напряжений и токов на входе коммутатора АВ (индекс «1»), выходе АИ (индекс «2») и состояний фазных плеч этих коммутаторов, составленные из мгновенных относительных значений:

ир4м.и4ие]т; 11!=[*'„ ч 1„]т; и? ■»[«!. И|»1<1е1т; =[*'.„ Чь ;

иг <1Г аГ (1Г

и2=["2.«2»»2ЛТ; 11=['га Нь ЧсУ I 8 Г = 1. * 16 *.с]Т 5 в £ *2с]Т.

Л (11 ¿Г (1Г

Индекс «Р» обозначает, что векторы записаны в фазных координатах.

Активный выпрямитель

; Автономный ld инвертор

Рис.2. Структура силовой части ЭПГТГ

При допущениях об идеальности силовых ключей и блоков управления ключами АВ и АИ математическая модель силовой части ДНГТЧ может быть описана следующими уравнениями:

uf = uf + rflp + li

Iii

dt

1 dt '

ud - • Uf;

U l = udFl;

F.F = Sr;

f,':=-ms,f.

(1) (2) (3)

В этих уравнениях: t - время; R,F = /;„E; L, =/,„£; Cf =c1(1E - матрицы ак-

df df df

тивных сопротивлений, индуктивностей реакторов и емкостей конденсаторов

сетевого фильтра; Е - единичная матрица; F|: =[/|л f]b /|<:]т;

df

F2r = [/j„/2(,/2с]т - дискретные коммутационные вектор-функции коммута-df

1

торов AB и АИ; М = ■

2 -1 -1 -1 2 -1 -1 -1 2

- матричная константа.

Анализ свойств ДНПЧ с ШИМ позволяет сформулировать цели управления ДНПЧ в системе частотно-регулируемого ЭППТ следующим образом: - формирование заданных значений полезной составляющей выходного напряжения при максимальном использовании потенциальных возможно-

стей ДНПЧ как высококачественного источника питания двигателя переменного тока;

- стабилизация коэффициента передачи ДНПЧ как элемента САР ЭППТ;

- регулирование реактивной мощности на входе ДНПЧ как элемента системы электроснабжения;

- обеспечение улучшенной электромагнитной совместимости ДНПЧ с нагрузкой и сетью.

Комплексный характер, взаимосвязанность и относительная сложность реализации сформулированных целей управления обусловливают целесообразность двухэтапного подхода к разработке общей стратегии управления.

На первом этапе формируются мгновенные значения эталонных модулирующих функций коммутаторов АВ и АИ, удовлетворяющие целям управления. На этом этапе решаются следующие задачи:

- распределение функций управления выходным напряжением ДНПЧ между АВ и АИ;

- согласование функций управления выходным напряжением и входной реактивной мощностью.

На втором этапе формируются сигналы управления силовыми ключами ДНПЧ. При этом последовательно решаются следующие задачи:

- формирование коммутационных функций АВ и АИ методом адаптированной широтно-импульсной аппроксимации их эталонных модулирующих функций;

- компенсация факторов, искажающих коммутационные функции реальных ПЧ;

- формирование функций состояния ключей, обеспечивающих заданные значения коммутационных функций.

Структурная схема системы

управления ДНПЧ, реализующей двух-этапную концепцию, изображена на рис.3. Формирователь модулирующих функ-

п от- ттттгтгт Ций решает задачи

Рис.3. Блок-схема системы управления ДНПЧ ' _

первого этапа. Второй этап реализуется блоком адаптированной ШИМ. Адаптация координатной стратегии ШИМ для управления трехфазным ДНПЧ выполнена путем реализации принципа приведения с помощью предварительной модуляции эталонных модулирующих функций. Рассмотрим случай, когда ведущим выбран коммутатор АВ. Для эталонных (задающих) модулирующих фазных вектор-функций АВ и АИ:

~Ф'и Ф\ С05(в 'Фи Ф\ со$(в\)

Ф\ь = Ф\ соз(0|-Д) И Ф\ь = Ф\с05{в\- К)

Л. Ф^СОБ^+Д) 01 Л. Ф\ со 2+ Д)

где Ф\, Ф*2, в\ и в 2 - заданные амплитуды и фазы векторов Ф'* и Ф^,, процедура широтно-импульсной аппроксимации строится следующим обра-

зом.

В канале управления выпрямителем выполняется алгоритм координатной ШИМ, предусматривающий следующие преобразования:

(4)

я;'=31ёп{Ф?+Фг;0ПУ, (6)

■Л

(5)

(7)

Формула (4) описывает процедуру фазовой предмодуляции вектора эталонных модулирующих функций АВ с поворотом на угол я/б. Для этого используется матрица поворота:

а,»-!

соб (в) соб (д - д) соб (в + А)" соб (в + Д) сое (в) сое (в - Д) соб (в - д) соб (в + д) соб (0)

Последующая симметричная аддитивная предмодуляция (5) обеспечивает расширение диапазона регулирования АВ за счет добавления нейтральной составляющей Ф*п. Далее производится стандартное ШИМ-преобразование (б) с использованием нормированного высокочастотного опорного сигнала фш(*)- Последующая фазовая демодуляция и нормирование сигналов (7) формируют вектор-функцию заданных состояний коммутатора активного выпрямителя 8[г.

В канале управления инвертором реализуется стандартный алгоритм координатной ШИМ, дополненный процедурой адаптации:

ф'г =Ф7 + Ф*1' •

1 2 1 2ш 2 и '

^^(фГ+Ф^);

(8)

(10)

ФГг=/с,Ф;р+Ф;,; фгр=/с2Ф;,!+Ф:,;

(9)

(П)

Симметричная аддитивная предмодуляция эталонных модулирующих функций АИ (8) расширяет диапазон регулирования с помощью нейтральной составляющей ф*2„. Двухканальная мультипликативно-аддитивная предмодуляция (9) обеспечивает адаптацию эталонной коммутационной функции ведомого преобразователя к коммутационной функции ведущего:

ФГ' =

Фи 'Фи 'Фи Фт

Фи = /с, Фи + ф« Фп =к2 Фи + Фш

ФГс Фи Фш К Фи Ф1и

/с,=

Ф\ш~Фь

2 Ф,

1оп

к2 =

Ф\Ш~Ф\п

2 Ф,„„

.< Ф\шЛ+Ф\т*

ф,

ф<

> Ф\ш+Ф\п

2Ф„

-Ф,

где Ф1оп и Ф2т - амплитуды опорных сигналов фш(() и Ф2т{{)\

Фитх = тах{^*1й> ф\ь Ф\с}\Фш* = Ф\ь Ф\с}>Фх«М = ™<ф'1в, Ф\ъ Ф\с) -

максимальное, минимальное и среднее значения компонент вектора ф|р.

Формулы (10) определяют закон ШИМ-преобразования. Функция состояния ключей коммутатора АИ (11) определяется как:

87 =

„<* „ •У-,,Я

га" га гь*гь

1с°1с

Для анализа соотношений между входными и выходными переменными коммутатора ДНПЧ удобно пользоваться результирующими коммутационными функциями. Дискретная и эквивалентная непрерывная результирующие коммутационные матрицы-функции могут быть получены как:

Г11:

/и /и /п /21 /гг /23 /л /

ф,р=

аг

Фи Ф\г Фп Фг\ Фг? Фп Ф\\ Ф'ъг Ф»

=фгК'Г •

Несмотря на внешнее различие коммутаторов ДНПЧ и МНГТЧ обладают схожим математическим описанием. На этапе анализа МНГТЧ может быть рассмотрен как двухзвенный преобразователь, состоящий из фиктивных АВ н АИ, что позволяет проводить анализ функционирования и синтез алгорит-

мов управления коммутаторами ДНПЧ и МНПЧ с единых позиций. В случае МНПЧ вводится дополнительный этап преобразования матриц состояния ключей фиктивных АВ и АИ (Б^ и Б^) в матрицу состояний коммутатора

МНПЧ (в*5). Состояния ключей, формирующие ненулевые векторы входных токов и выходных напряжений коммутатора МНПЧ можно получить как:

8'р = аг

"22 °23 * *

Я™ &1

0, при х<0

1, при х > О

"31 "32 лзз_'

Состояния, соответствующие нулевым векторам, могут быть определены по минимуму числа переключений в схеме коммутатора на периоде ШИМ. Дискретная коммутационная матрица МНПЧ по известным состояниям ключей может быть вычислена как:

2

На рис.3 представлены результаты моделирования работы системы «ДНПЧ-АД». Как видно, предлагаемая адаптированная координатная стратегия обеспечивает синусоидальность сетевых и нагрузочных токов ПЧ. Симметричная аддитивная предмодуляция (5) и (8) позволяет получить теоретически достижимое предельное значение коэффициента передачи коммутатора НПЧ по напряжению равное -1ъ12.

Содержание и особенности решения задач первого этапа стратегии заключается в следующем. Задача распределения функций управления выходным напряжением ДНПЧ между его элементами обусловлена тем, что коэффициент передачи питающего напряжения определяется формулой:

ки ^ц"=|Ф|Фг 1С08а'1; а> = 01 " ' (12)

где а, - угол управления АВ; 0, и ви{ - угловые положения векторов модулирующих функций и напряжений на входе коммутатора АВ; С/, и ¿У2 — модули векторов напряжений на входе и выходе коммутатора ДНПЧ.

Как видно из (12), величина ки зависит от параметров управления, как АВ, так и АИ. Поэтому задача обеспечения заданного значения ки допускает вариативное решение и выбор оптимального соотношения модулирующих функций АВ и АИ по критерию минимизации коэффициента гармоник токов нагрузки и сети. Оптимальным является управление амплитудой полезной

составляющей выходного напряжения путем изменения модуля Ф2 при поддержании максимально допустимого значения Ф,.

Рис.3. Моделирование работы ДНГТЧ на асинхронный двигатель

Задача согласования функций управления АВ и АИ обусловлена взаимосвязью механизмов регулирования амплитуды полезной составляющей выходного напряжения и реактивной мощности на входе НПЧ, соответственно:

и^^и^Ф^соза,}, (13) 0 = !*/,(/„ Ч), (И)

3

где = - Ф, вша, 005(0,: -О,,) - реактивная составляющая входного тока коммутатора АВ; /( - ток конденсатора входного фильтра ДНПЧ.

Условия (13) и (14) определяют взаимные ограничения на управляющие воздействия АВ и АИ. Рациональным представляется регулирование сетевой реактивной мощности в пределах, не ограничивающих решение основной задачи - регулирования выходных напряжений ПЧ. Также, накладываются дополнительные ограничения:

Для рассматриваемых схем НПЧ предельно допустимые значения параметров управления выбираются в соответствии с естественными ограничениями Фит <1; Ф2дт < 1/л/З, обусловленными входом узлов ШИМ в режим

насыщения. При использовании классической схемы АИ на ключах с неуправляемой обратной проводимостью для исключения отрицательных мгновенных значений напряжения питания АИ (м^ < 0) необходимо обеспечить аШп<лг/б.

Изложенное позволяет сформулировать задачу формирования эталонных модулирующих функций в системе управления ДНПЧ с ШИМ следующим образом. Для заданных усредненных значений координат вектора выходных напряжений, а также сетевого коэффициента мощности, учитывая текущие значения сетевых напряжений и токов нагрузки, найти значения таких модулирующих функций, адаптированная широтно-гшпульсная аппроксимация которых обеспечит соответствие усредненных за интервал управления дискретных значений выходных напряжений ДНПЧ их заданным значениям, с максимально возможным приближением сетевого коэффициента мощности к его заданному значению. Тогда структуру формирователя модулирующих функций (рис,2) можно описать следующими уравнениями:

\а,\<аш„. (15)

(16)

(17)

.. 2 и, ,. Ф2 . ,. Ф, . ,,оч

л:

Матрица А'\вк) осуществляет поворот и преобразование векторов коммутационных функций в неподвижные фазные системы координат. Уравнения (16) и (17), относящиеся к каналу управления АВ, записаны во вращающейся системе координат, ориентированной по вектору входных напряжений коммутатора АВ, а уравнения канала управления АИ (18) - в системе координат, ориентация которой определяется САР электропривода.

На этапе практической реализации алгоритмов управления ДНПЧ важным является учет влияния процессов коммутации и падений напряжений на силовых полупроводниковых приборах, искажающих коммутационные функции. Силовая схема ДНПЧ (рис.1) обеспечивает возможность бестоковой коммутации АВ, если переключения его состояний проводить во время нулевых состояний АИ. Тогда безопасная коммутация может быть обеспечена введением задержки передних фронтов сигналов управления ключами АИ и АВ. Поскольку при нулевом состоянии АИ токи через ключи АВ не протекают, то задержка отпирания ключей АВ не приводит к их разрыву. То есть, искажать коммутационные функции ДНПЧ будет лишь мертвое время коммутации АИ, а также падение напряжения в ключах АВ и АИ.

Возможны следующие варианты компенсации: а) прямая - путем коррекции алгоритма ШИМ; б) косвенная - путем коррекции эталонных модулирующих функций; в) комбинированная. Косвенная компенсация реализуется на первом, а прямая - на втором этапе концепции управления ДНПЧ. Падения напряжений на ключах могут быть скомпенсированы лишь косвенно. Возможны варианты индивидуальной компенсации или приближенной -воздействием только на один из каналов управления - либо АВ, либо АИ.

ю

Л—ич

I, с

-ю

а) без компенсации б) с компенсацией

Рис.4. Влияние искажающих факторов на фазный ток статора АД

На рис.4 представлены экспериментальные осциллограммы тока статора АД, характеризующие существенное влияние мертвого времени коммутации и падения напряжения на силовых ключах ДНПЧ и возможность их косвенной компенсации путем коррекции эталонных модулирующих функций АИ.

В четвертой главе рассмотрены вопросы разработки и исследования САУ скорости ЭППТ, выполненного по схеме «ДНПЧ-АД». Одним из наиболее эффективных путей реализации САУ ЭППТ является использование векторного подхода, предполагающего её построение во вращающихся и определенным образом ориентированных системах координат с подчиненным регулированием .переменных. Несмотря на развитие ряда новых принципов управления ЭППТ, принцип подчиненного регулирования не теряет своей актуальности, поскольку позволяет получать высококачественные САУ электроприводов с нормированными динамическими процессами и предельным быстродействием.

Ч —)

РМ и рт и^

РС РМи

ПС

БО

и, ю„ О,

ФМФ

1Г

и,

ПКН

и,'

Ж МФ1

±Г

ПК МФ2

гасг

ФГ

БА ШИМ

БГ

1Г,

Силовая часть НПЧ

Рис.5. Блок-схема САУ асинхронного электропривода с ДНПЧ и.,В {„,x0.05 А

................................................................500

-500

-500

»2,,в /2,,х0.05А

а) фазные сетевые напряжение и ток б) фазные напряжение и ток АД Рис.б. Работа системы «ДНПЧ-АД» в двигательном режиме

и.,В {„, х0.05А

-500

а) фазные сетевые напряжение и ток б) фазные напряжение и ток АД Рис.7. Работа системы «ДНПЧ-АД» в генераторном режиме

в) скорость ротора и моментообразующая компонента токов статора АД

б) фазный ток статора АД Рис.8. Реверс асинхронного электропривода сДНПЧ

Вг»|'

ЧМН

lllill«;;:;;

а) сетевые напряжение и ток

Ol и2 Ol

Оо 07

б) скорость ротора и моментообразующая компонента токов статора ЛД

в) фазный ток статора ЛД Рис,9.1 [аброс нагрузки на палу ЛД

Особенностью представленной схемы является формирование управляющих воздействий для САУ выпрямителя, а именно его эталонных модулирующих функций во вращающейся системе координат, ориентированной по вектору входного напряжения коммутатора АВ. С этой целью в системе предусмотрены датчики соответствующих фазных напряжений, преобразователь координат напряжений (ПКН) и блок ориентации (БО). При этом функция регулятора сетевой реактивной мощности возложена на формирователь модулирующих функций, представленный на рис.2, и реализуется путем воздействия на фазовый сдвиг вектора эталонных модулирующих функций АВ относительно вектора сетевых напряжений.

В соответствии с этим на основе принципа подчиненного регулирования с ориентацией поля ротора АД в системе координат с управляемым скольжением была синтезирована САУ скорости асинхронного ЭППТ с питанием от ДНПЧ. Блок-схема разработанной САУ изображена на рис.5. Внутренней является комбинированная САР вектора токов статора во вращающейся системе координат. Она содержит датчики фазных токов статора, преобразователь координат токов (ПКТ), регулятор токов (РТ), формирователь модулирующих функций (ФМФ) АВ и АИ во вращающейся системе координат, преобразователи координат этих модулирующих функций к

фазным переменным, соответственно ПКМФ1 и ПКМФ2 и блок адаптированной ШИМ (БА ШИМ).

Задающие воздействия САР токов формируются регулятором потокос-цепления, подчиненным регулятору момента двигателя (блок РМиПС), которые являются элементами разомкнутых САР данных переменных с регулированием по возмущению. Внешняя замкнутая САР скорости по отклонению содержит датчик скорости вращения ротора АД (ДС), регулятор скорости (РС).

Для экспериментальной проверки теоретических положений диссертации разработан и изготовлен макетный образец ЭПГТГ по схеме «ДНПЧ-АД» мощностью 7,5кВт. Проведен комплекс экспериментальных исследований статических и динамических режимов работы электропривода, результаты которых успешно подтвердили теоретические положения работы.

Рис.6 - рис.7 иллюстрируют статические двигательный и генераторный режимы работы асинхронного электропривода с ДНПЧ. На рис.8 представлены осциллограммы реверсирования электропривода. На рис.9 показаны процессы при набросе момента сопротивления нагрузки на валу АД от нуля до номинальной величины. Результаты экспериментальных исследований статических и динамических режимов частотно-регулируемого асинхронного электропривода переменного тока на базе ДНПЧ свидетельствуют о возможности обеспечения нормированных динамические режимы работы привода и улучшенной электромагнитной и энергетической совместимости электропривода с питающей сетью не только в статических, но и в динамических режимах работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1) На основе анализа путей совершенствования частотно-регулируемых электроприводов переменного тока в части повышения энергетической и электромагнитной совмести, обеспечения требуемых электромеханических свойств, улучшения массогабаритных показателей, а также анализа современного состояния силовой и управляющей полупроводниковой электроники, в качестве наиболее перспективных выделены двухзвенные непосредственные преобразователи частоты с импульсно-модуляционными алгоритмами управления.

2) Развита двухэтапная концепция управления ДНПЧ в системах ЭППТ с уточнением ключевых понятий (модулирующей и коммутационной функций преобразователя), комплексным учетом и формулировкой требований, предъявляемых к преобразователю как источнику питания электрического двигателя, потребителю в системе электроснабжения и как силовому регулирующему элементу САР электропривода.

3) Разработаны основные этапы данной концепции, включающие формулировку и решение задачи формирования эталонных модулирующих функций в системе управления ДНПЧ с ШИМ на первом этапе и разработку базовых теоретических положений по реализации второго этапа как адап-

тированной широтно-импульсной аппроксимации эталонных модулирующих функций. Для решения проблемы адаптации разработан метод приведения коммутационной функции ведомого коммутатора к коммутационной функции ведущего и предложены алгоритмы его реализации.

4) Предложены меры повышения точности управляющих воздействий преобразователя путем прямой либо косвенной компенсации эффекта мертвого времени и падения напряжения на ключах с учетом особенностей режимов работы коммутаторов ДНПЧ.

5) Разработана система ЭППТ на базе короткозамкнутого асинхронного электродвигателя и ДНПЧ с системой управления, реализующей двух-этапную концепцию управления на основе адаптированной координатной ШИМ. Разработана её математическая модель и создан опытный образец ЭППТ с микропроцессорной системой управления. Выполнены исследования статических и динамических режимов работы ЭППТ методами математического моделирования и физического эксперимента.

6) Теоретически доказана и экспериментально подтверждена возможность построения систем регулируемых электроприводов переменного тока с высоким качеством потребления и электромеханического преобразования электрической энергии на базе ДНПЧ с системой управления, реализующей разработанную двухэтапную концепцию.

Представленная в диссертации двухэтапная концепция и координатная стратегия управления ДНПЧ способствует дальнейшему развитию перспективного научно-технического направления по созданию усовершенствованных систем регулируемого электропривода переменного тока, обеспечивающих улучшенную электромагнитную совместимость с питающей сетью и нагрузкой, синусоидальность выходных и входных токов, регулируемый коэффициент мощности, возможность рекуперации электрической энергии и выгодно отличающихся массогабаритными показателями. Отмеченные свойства являются существенными факторами успешного решения актуальных задач энергосбережения и улучшения качества потребления, преобразования и использования электрической энергии.

Основные публикации по теме диссертационной работы:

1.Шрейнер Р.Т., Кривовяз В.К., Калыгин А.И. Алгоритм координатной ШИМ для управления непосредственными преобразователями частоты в системах электроприводов переменного тока // Вестник УГТУ-УПИ. Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы: Сборник статей. 4.1: Общие вопросы электрических машин и трансформаторов. Машинно-вентильные системы. Вопросы диагностики. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2003. №5(25).-с.319-324.

2. Шрейнер Р.Т., Кривовяз В.К., Калыгин А.И. Координатная стратегия управления непосредственными преобразователями частоты с ШИМ для электроприводов переменного тока // Электротехника. 2003. №6.-с.30-39.

3. Shreiner R., Krivovyaz V., Kalygin A. Coordinate PWM Control Strategy of the Two-Stage Direct Frequency Converter // International Electric Machines and Drives Conference - IEMDC-03. June 1-4, 2003. Monona Terrace Community and Convention Center, Madison, WI. - pp. 67-77.

4. Shreiner R., Krivovyaz V., Kalygin A. Coordinate PWM Control Strategy of the Direct Frequency Converter // 10th European Conference on Power Electronics and Applications /ЕРЕ-03.2-4 September, 2003. (CD-ROM)

5. Шрейнер P.T., Кривовяз B.K., Калыгин А.И. Оптимизация функций управления непосредственными преобразователями частоты с ШИМ // Техшчна електродинамка Тематичний випуск "Силова електронша та енергоефектишсть". 4.2. Кшв, 1нститут електродинамики НАН УкраУни,

2003.-е.78-83. ISSN 0204-3599.

6. Шрейнер Р.Т., Кривовяз В.К., Калыгин А.И. Формирование функций управления непосредственными преобразователями частоты с ШИМ в системах электропривода переменного тока // Труды IV Международной (XV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу «Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития» (АЭП-

2004, Магнитогорск, 14-17 сентября 2004 г.) Часть 1. Магнитогорск, 2004.-с. 184-186.

7. Shreiner R.T., Krivovyaz V.K., Kalygin A.I. Generating of Modulating Functions in Direct Frequency Converter PWM Control System // lllh International Power Electronics and Motion Control Conference EPE-PEMC 2004 Proceedings. 2-4 September 2004, Riga, Latvia. (CD-ROM)

8. Шрейнер P.T., Кривовяз B.K., Калыгин А.И. Формирование модулирующих функций в системах управления непосредственными преобразователями частоты с ШИМ // Техшчна електродинамжа. Тематичний випуск "Проблеми сучасной електротехшки". Ч.б. КиТв, 1нститут електродинамжи НАН Укршни, 2004.-е.59-64.

9. Кривовяз В.К. Автоматизированные системы и комплексы в области регулируемого электропривода переменного тока // Энергетика региона, 2004. №4 (69). -с. 27-30.

Ю.Кривовяз В.К. Разработки и внедрения предприятия «Автоматизированные системы и комплексы» в области регулируемого электропривода переменного тока // Энергетика, экология, энергосбережение: Материалы I Международкой научно-технической конференции, 2-4 июня 2005г./Изд-во ВКГТУ.-Усть-Каменогорск, 2005. -с. 167-172.

11.Shreiner R.T., Krivovyaz V.K., Kalygin A.I. PWM Control of Direct Frequency Converter in AC Electric Drive System //11th European Conference on Power Electronics and Applications / EPE-05, 11-14 September, 2005. (CD-ROM)

12.Решение о выдаче патента на изобретение «Способ преобразования частоты» по заявке №2003127935/09(029890) с приоритетом от 16.09.2003, Россия (авт. Шрейнер Р.Т., Кривовяз В.К., Калыгин А.И.)

Подписано в печать 07.11.05г. Тираж 100. Заказ №201

Ризография НИЧ ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ» 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19

ÛS.L

РКБ Русский фонд

2007-4 12764

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СИЛОВЫХ СХЕМ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.

1.1. Двухзвенные преобразователи частоты.

1.2. Непосредственные преобразователи частоты.

1.3. Активные матричные и двухзвенные непосредственные преобразователи частоты.

1.4. Постановка задач диссертационного исследования.

2. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ В СХЕМЕ АКТИВНОГО ОДНОФАЗНОГО ДНПЧ И СТАБИЛИЗАЦИЯ ЕГО РЕГУЛИРОВОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК.

2.1. Исходные положения.

2.2. Стабилизация регулировочных характеристик ДНПЧ на основе метода приведения.

2.3. Координатная стратегия двукратной ШИМ с модуляцией опорного сигнала.

2.4. Координатная стратегия двукратной ШИМ с модуляцией управляющего воздействия.

2.5. Выводы.

3. КОНЦЕПЦИЯ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОГО УПРАВЛЕНИЯ ДНПЧ В СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.

3.1. Математическое описание электропривода переменного тока на базе ДНПЧ.

3.2. Общая стратегия широтно-импульсного управления трехфазным ДНПЧ в системе электропривода переменного тока.

3.3. Координатная стратегия ШИМ.

3.4. Формирование эталонных модулирующих функций.

3.5. Повышение точности воспроизведения задающих воздействий.

3.6. Выводы.

4. РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ПИТАНИЕМ ОТ ДНПЧ.

4.1. Синтез САУ электроприводом переменного тока.

4.2. Исследование статических и динамических режимов работы электропривода методами математического моделирования и физического эксперимента.

4.2.1. Описание экспериментальной установки.

4.2.2. Условия и результаты эксперимента.

4.3. Выводы.

Одним из факторов эффективного развития современных промышленных технологий является повышение точности выполнения рабочих операций. Сегодня в большинстве случаев наиболее высокое качество управления исполнительными механизмами при наименьших удельных затратах удается получить средствами регулируемого электропривода. Внедрение регулируемых электроприводов позволяет упростить конструкцию и оптимизировать режимы работы оборудования, улучшить качество выпускаемой продукции, снизить энергетические затраты. Достоинства регулируемого электропривода определяют тенденцию расширения областей его применения, при этом происходит постоянное совершенствование систем самого привода в первую очередь за счет развития силовой и управляющей электроники. Возросшие возможности полупроводниковых преобразователей частоты (ГШ) приводят к вытеснению коллекторных машин более дешевыми, надежными и экономичными бесконтактными машинами переменного тока, которые обеспечивают более высокие скорости вращения и динамику, характеризуются лучшими массогабаритными и ресурсными показателями. Массовое общепромышленное применение сегодня получил регулируемый электропривод на базе наиболее конструктивно простого, дешевого, надежного и универсального асинхронного двигателя.

Основным назначением ПЧ как неотъемлемого элемента современного регулируемого электропривода переменного тока является формирование режимов работы электрических двигателей, обеспечивающих требуемые электромеханические свойства привода. В тоже время, наряду с традиционными вопросами эффективного управления электродвигателями, сегодня, как никогда, актуальными становятся вопросы энергосбережения и улучшения энергетической и электромагнитной совместимости электроприводов с питающей сетью, что неизбежно связано с проблемой дальнейшего усовершенствования силовых схем и алгоритмов управления полупроводниковыми ПЧ в системах электроприводов как электромеханических комплексов.

Под энергетической совместимостью понимается возможность двустороннего обмена электрической энергией между питающей сетью и нагрузкой [22]. Возможность возврата энергии в питающую электрическую сеть позволяет значительно повысить энергетическую эффективность электропривода в случае частых пуско-тормозных и реверсивных режимов работы.

Под электромагнитной совместимостью электропривода понимается способность оборудования нормально функционировать в реальных условиях эксплуатации при наличии непреднамеренных электромагнитных помех и при этом не создавать недопустимых помех для питающей сети и окружающей среды [22]. Иными словами электропривод должен быть работоспособным при нормативных значениях показателей качества электрической энергии источника питания, при этом обратное влияние электропривода не должно приводить к снижению показателей качества энергии источника ниже предельно допустимых значений. Минимизировать отрицательное влияние электропривода на питающую сеть переменного тока можно путем формирования близких к синусоидальным сетевых токов при единичном коэффициенте мощности.

Целью диссертационной работы является дальнейшее развитие регулируемых электроприводов переменного тока на базе активных двухзвенных непосредственных преобразователей частоты с импульсно-модуляционными алгоритмами управления. В соответствии с поставленной целью определены следующие основные задачи работы:

1) обзор современных методов и алгоритмов управления активными НПЧ в составе ЭППТ;

2) развитие концепции управления ДНПЧ в системе ЭППТ на основе координатной стратегии и разработка её базовых элементов;

3) выбор математического описания силовой части ДНПЧ, как дискретно-непрерывного компонента системы ЭППТ;

4) разработка математической модели локальной системы автоматического управления (САУ) ДНПЧ и алгоритмов функционирования её элементов;

5) синтез системы автоматического регулирования (САР) ЭППТ с ДНПЧ;

6) разработка цифровой имитационной модели для исследования статических и динамических режимов работы ЭППТ на базе ДНПЧ;

7) разработка макетного образца ЭППТ на базе ДНПЧ с микропроцессорной системой управления;

8) проведение модельных и экспериментальных исследований статических и динамических режимов работы ЭППТ на базе ДНПЧ.

Методы исследований базируются на положениях общей теории электротехники, преобразовательной техники, автоматизированного электропривода, теории автоматического управления. Разработка математической модели ЭППТ проводилась на основе теории обобщенной электрической машины переменного тока с питанием от непосредственного преобразователя частоты с учетом особенностей коммутационных процессов. Моделирование основывалось на векторном подходе с преобразованием анализируемых величин во вращающиеся системы координат. Исследования статических и динамических режимов работы ЭППТ проведены методами математического моделирования и физического эксперимента.

Достоверность полученных результатов обусловлена использованием апробированных математических аналитических и численных методов и подтверждена удовлетворительным для инженерной практики совпадением результатов анализа, компьютерного моделирования и экспериментальных исследований.

Научная новизна представляемой диссертационной работы заключается в следующем:

1) Развита двухэтапная концепция управления ДНПЧ в системах ЭППТ с уточнением ключевых понятий, комплексным учетом и формулировкой требований, предъявляемых к преобразователю как источнику питания электрического двигателя, как потребителю в системе электроснабжения и как силовому регулирующему элементу САР электропривода. Разработаны этапы данной концепции на основе координатной стратегии ШИМ.

2) Для первого этапа сформулирована задача формирования эталонных модулирующих функций в системе управления ДНПЧ с ШИМ. Теоретически обоснована структура блока формирования эталонных модулирующих функций ДНПЧ, удовлетворяющих задачам управления, а именно оптимальному распределению функций управления между АВ и АИ, согласованию функций управления выходным напряжением и входной реактивной мощностью на основе выбора приоритетов.

3) Для второго этапа разработаны базовые теоретические положения адаптированной широтно-импульсной аппроксимации эталонных модулирующих функций. Разработана адаптированная координатная стратегия пофазного формирования коммутационных функций выпрямителя и инвертора ДНПЧ с выделением из них ведущего и ведомого коммутатора и адаптацией коммутационной функции ведомого к коммутационной функции ведущего.

4) Для решения проблемы адаптации разработан метод приведения коммутационной функции ведомого коммутатора и предложены алгоритмы его реализации путем либо модуляции опорного сигнала ШИМ, либо предмодуляции эталонных модулирующих функций ведомого коммутатора.

5) Предложены меры повышения точности воспроизведения управляющих воздействий преобразователя путем прямой либо косвенной компенсации эффекта мертвого времени и падения напряжения на ключах с учетом особенностей режимов работы коммутаторов ДНПЧ.

6) Разработана математическая модель ЭППТ на базе асинхронного двигателя и ДНПЧ с системой управления, реализующей двухэтапную концепцию на основе адаптированной координатной стратегии ШИМ.

7) Теоретически доказана и экспериментально подтверждена возможность построения систем регулируемых электроприводов переменного тока с высоким качеством потребления и электромеханического преобразования электрической энергии на базе ДНПЧ.

Практическая ценность

1) Разработанная математическая модель ЭППТ на базе ДНПЧ позволяет повысить эффективность исследований режимов работы привода, дает возможность получения достоверных данных поведения исследуемой системы за счет учета в модели особенностей дискретно-непрерывной системы «преобразователь-двигатель», позволяет сократить временные и материальные затраты при проведении исследований на этапах проектирования и пуско-наладочных работ на реальных объектах.

2) Представленные в диссертационной работе двухэтапная концепция и координатная стратегия управления ДНПЧ как элементом управляемого электромеханического преобразовательного комплекса способствуют дальнейшему развитию систем регулируемого электропривода переменного тока в направлении улучшения массогабаритных показателей, электромагнитной совместимости ПЧ с питающей сетью и нагрузкой, синусоидальности выходных и входных токов, обеспечения регулирования сетевого коэффициента мощности и рекуперации электрической энергии.

Апробация. Основные материалы работы были представлены на научно-технической конференции (НТК), посвященной столетию со дня рождения профессора Н.С. Сиунова (г.Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2003г.); Международной НТК по электрическим машинам и приводам IEMDC-03 (США, Мэдисон, Висконсинский университет, 2003г.); X Европейской НТК по силовой электронике и её применению ЕРЕ-2003 (Франция, Тулуза, 2003г.); Международной НТК «Силовая электроника и энергоэффективность» СЭЭ-2003 (Украина, г. Алушта, 2003); IV Международной (XV Всероссийской) конференции «Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития» АЭП-2004 (г.Магнитогорск, 2004 г.); XI Европейской НТК по силовой электронике и управлению движением РЕМС-2004 (Латвия, Рига, 2004г.); VIII Международной НТК «Проблемы современной электротехники-2004» (Украина, г.Киев, 2004г.); XIII Международной НТК «Электроприводы переменного тока» ЭППТ-05 (г.Екатеринбург, УГУ-УПИ); Международной НТК «Энергетика, экология, энергосбережение» (Казахстан, г.Усть-Каменогорск, 2005г.); XI Европейской НТК по силовой электронике и её применению ЕРЕ-2005 (ФРГ, Дрезден, 2005г.); НТК «Автоматизированные и прогрессивные технологии» АПТ-2005 (НГТИ, г.Новоуральск, 2005г.).

Внедрение результатов работы

1) На основе двухэтапной концепции и адаптированной координатной ШИМ разработано алгоритмическое и программное обеспечение системы управления асинхронного электропривода с двухзвенным непосредственным преобразователем частоты, включающее компьютерную математическую модель системы «ДНПЧ-АД», комплекс алгоритмов и рабочих программ управления. Данное алгоритмическое и программное обеспечение использовано предприятием «Автоматизированные системы и комплексы», г. Екатеринбург при разработке асинхронного электропривода с транзисторным ДНПЧ и микропроцессорной системой управления для модернизации продольно-строгального станка 7А256 по заказу корпорации «ВСМПО-АВИСМА», г. Верхняя Салда.

2) Созданная моделирующая компьютерная программа используется в учебном процессе в Российском государственном профессионально-педагогическом университете при проведении лабораторных работ по курсам «Автоматизированный электропривод» и «Основы преобразовательной техники».

На защиту выносятся:

1) Двухэтапная концепция управления ДНПЧ в системе ЭППТ с разработкой её этапов на основе координатной стратегии ШИМ.

2) Структура блока формирования эталонных модулирующих функций.

3) Базовые теоретические положения по реализации адаптированной широтно-импульсной аппроксимации эталонных модулирующих функций преобразователя частоты, в том числе: адаптированная координатная стратегия пофазного формирования коммутационных функций АВ и АИ; метод приведения коммутационной функции ведомого коммутатора и алгоритмы его реализации; меры повышения точности воспроизведения управляющих воздействий коммутаторов ДНТТЧ.

4) Математическая модель ЭППТ на базе ДНТТЧ с системой управления, реализующей двухэтапную концепцию на основе адаптированной координатной ШИМ.

5) Теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение возможности построения систем регулируемых ЭППТ с высоким качеством потребления и электромеханического преобразования электрической энергии на базе ДНПЧ.

Публикации. В процессе выполнения диссертационной работы опубликовано 11 статей и докладов [30, 31, 48-52, 127-130], в том числе 7 [31,

50, 51, 127-130] в зарубежных изданиях, получено положительное решение о выдаче патента на изобретение [35].

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1) На основе анализа путей совершенствования частотно-регулируемых электроприводов переменного тока в части повышения энергетической и электромагнитной совмести, обеспечения требуемых электромеханических свойств, улучшения массогабаритных показателей, а также анализа современного состояния силовой и управляющей полупроводниковой электроники, в качестве наиболее перспективных выделены двухзвенные непосредственные преобразователи частоты с импульсно-модуляционными алгоритмами управления.

2) Развита двухэтапная концепция управления ДНПЧ в системах электроприводов переменного тока с уточнением ключевых понятий (модулирующей и коммутационной функций преобразователя), комплексным учетом и формулировкой требований, предъявляемых к преобразователю как источнику питания электрического двигателя, потребителю в системе электроснабжения и как силовому регулирующему элементу САР электропривода.

3) Разработаны основные этапы данной концепции, включающие формулировку и решение задачи формирования эталонных модулирующих функций в системе управления ДНПЧ с ШИМ на первом этапе и разработку базовых теоретических положений по реализации второго этапа как адаптированной широтно-импульсной аппроксимации эталонных модулирующих функций. Для решения проблемы адаптации разработан метод приведения коммутационной функции ведомого коммутатора к коммутационной функции ведущего и предложены алгоритмы его реализации.

4) Предложены меры повышения точности управляющих воздействий преобразователя путем прямой либо косвенной компенсации эффекта мертвого времени и падения напряжения на ключах с учетом особенностей режимов работы коммутаторов ДНПЧ.

5) Разработана система регулируемого электропривода переменного тока на базе короткозамкнутого асинхронного электродвигателя и ДНПЧ с системой управления, реализующей двухэтапную концепцию управления на основе адаптированной координатной ШИМ. Разработана её математическая модель и создан опытный образец электропривода переменного тока с микропроцессорной системой управления. Выполнены исследования статических и динамических режимов работы методами математического моделирования и физического эксперимента.

6) Теоретически доказана и экспериментально подтверждена возможность построения систем регулируемых электроприводов переменного тока с высоким качеством потребления и электромеханического преобразования электрической энергии на базе ДНПЧ с системой управления, реализующей разработанную двухэтапную концепцию.

Представленная в диссертации двухэтапная концепция и координатная стратегия управления ДНПЧ способствует дальнейшему развитию перспективного научно-технического направления по созданию усовершенствованных систем регулируемого электропривода переменного тока, обеспечивающих улучшенную электромагнитную совместимость с питающей сетью и нагрузкой, синусоидальность выходных и входных токов, регулируемый коэффициент мощности, возможность рекуперации электрической энергии и выгодно отличающихся массогабаритными показателями. Отмеченные свойства являются существенными факторами успешного решения актуальных задач энергосбережения и улучшения качества потребления, преобразования и использования электрической энергии.

1. Бабат Г.И. Исследование управляемых выпрямителей с буферным вентилем. // Изв. Электропромышленности слабого тока. 1935. № 5, 6.

2. Бабат Г.И., Кацман Я.А. Тиратронные преобразователи с улучшенным коэффициентом мощности и тиратронные компенсаторы. // Электричество 1937. №4.

3. Бабат Г.И., Румянцев Н.П. Инвертор с нулевым вентилем. // Электричество. 1936. № 12.

4. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов. Д.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1982. - 392с.

5. Бедфорт Б., Хофт Р. Теория автономных инверторов / Пер. с англ. М.: Энергия. 280с.

6. Борцов Ю.А., Поляхов Н.Д., Соколов П.В. Синтез адаптивного нечеткого регулятора электропривода. //Электротехника. 1997. № 7.

7. Борцов Ю.А., И.Б. Юнгер Развитие теории адаптивных электроприводов с использованием разрывного управлениям/Автоматизированный электропривод / Под общ. ред. Н.Ф. Ильинского, М.Г. Юнькова. М.: Энергоатомиздат, 1986. - с. 79-86.

8. Бродовский В.Н., Иванов Е.С. Бесконтактный электропривод с частотно-токовым управлением для замкнутых систем регулирования // Электричество. 1967. № 10. с. 53-60.

9. Бродовский В.Н., Иванов Е.С. Приводы с частотно-токовым управлением / Под ред. В.Н. Бродовского. М.: Энергия, 1974. - 168 с.

10. Вейнгер A.M. Перспективы систем подчиненного регулирования // Электротехника. 1996. № 4. -с. 41-47.

11. Вейнгер A.M. Регулируемый синхронный электропривод. — М.: Энергоатомиздат, 1985. 224с.

12. Джюджи Д., Пелли Б. Силовые полупроводниковые преобразователи частоты. М.: Энергоиздат. 1983.-400 с.

13. Ефимов А.А., Шрейнер Р.Т. Активные преобразователи в регулируемых электроприводах переменного тока. Новоуральск: Изд.НГТИ, 2001.-250с.

14. Завалишин Д.А. Ионный преобразователь частоты для регулирования скорости асинхронных двигателей // Электричество. 1939. №4. с.28-33.

15. Завалишин Д.А., Шукалов В.Ф. Вентильные преобразователи частоты, предназначенные для частотного регулирования скорости асинхронных двигателей//Вестник электропромышленности, 1961. № 10.

16. Зиновьев Г.С. О работе инвертора напряжения в обращенном режиме // Повышение эффективности устройств преобразовательной техники. -Киев: Наукова думка, 1973. Часть 4. с. 206-212.

17. Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники: Учеб. пособие. Изд. 2-е, испр. и доп. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003. - 664с.

18. Зиновьев Гр.С. Асинхронный электропривод с двухзвенным преобразователем частоты на базе активного выпрямителя и автономного инвертора напряжения. Автореф. дисс. . . . канд. техн. наук. Новоуральск.: НГТИ. 2001. - 20с.

19. Изосимов Д.Б., Рыбкин С.Е. Улучшение качества энергопотребления полупроводниковыми преобразователями с ШИМ // Электричество. 1996. № 4. С. 48-55.

20. Каганов И.Л. Инвертирование постоянного тока в трехфазный. М.: Госэнергоиздат, 1941.

21. Каганов И.Л. Электронные и ионные преобразователи. Часть I .Часть III. 1950.1956.

22. Клепиков В.Б., Сергеев С.А., Махотило К.В., Обруч И.В. Применение методов нейронных сетей и генетических алгоритмов в решении задач управления электроприводами // Электротехника. 1999. № 5. с. 2-6.

23. Корюков К.Н. Непосредственный преобразователь частоты с прогнозирующим релейно-векторным управлением. Автореф. дисс. . . . канд. техн. наук. Новоуральск.: НГТИ. 2005. -20 с.

24. Костенко М.П. Работа многофазного асинхронного двигателя при переменном числе периодов//Электричество. 1925. №2.

25. Кривовяз В.К. Автоматизированные системы и комплексы в области регулируемого электропривода переменного тока // Энергетика региона, 2004. №4 (69).-с. 27-30.

26. Онищенко Г.Б., Локтева И.Л. Асинхронные вентильные каскады и двигатели двойного питания. М.: Энергия, 1979. - 200 с.

27. Панкратов В.В. Метод оптимизации поверхностей разрыва управлений в многосвязных САУ со скользящими режимами//Изв. ВУЗов Электромеханика. 1993. № 4. с. 44-50.

28. Перельмутер В.М. Прямое управление моментом и током двигателей переменного тока. X.: Основа. 2004. -210с.

29. Решение о выдаче патента на изобретение "Способ преобразования частоты" по заявке №2003127935/09(029890) с приоритетом от 16.09.2003, Россия (авт. Шрейнер Р.Т., Кривовяз В.К., Калыгин А.И.)

30. Рыбкин С.Е., Изосимов Д.Б. Широтно-импульсная модуляция трехфазных автономных инверторов // Электричество. 1997. № 6. с. 33 - 39.

31. Сандлер А.С., Сарбатов Р.С. Преобразователи частоты для управления асинхронными двигателями / Под ред. М.Г. Чиликина // Библиотека по автоматике. Вып. 159. М.-Л.: Энергия, 166. 328 с.

32. Терехов В.М. Современные способы управления и их применение в электроприводе // Электротехника. 2000. № 2. с. 25-28.

33. Чехет Э.М., Мордач В.П., Соболев В.Н. Непосредственные преобразователи частоты для электропривода. Киев: Наукова думка. 1988.-224 с.

34. Шрейнер Р.Т., Дмитренко Ю.А. Оптимальное частотное управление асинхронными электроприводами. Кишинев: Штиинца, 1982. - 234 с.

35. Шрейнер Р.Т., Ефимов А.А. Активный фильтр как новый элемент энергосберегающих систем электропривода // Электричество. 2000. №3- с.46-54.

36. Шрейнер Р.Т., Ефимов А.А., Зиновьев Г.С. Прогнозирующее релейно-векторное управление активным выпрямителем напряжения // Электротехника. 2001. № 12.

37. Шрейнер Р.Т., Ефимов А.А., Зиновьев Г.С. Электромагнитные процессы в схемах активных выпрямителей напряжения // Электроприводы переменного тока: Труды двенадцатой научно-технической конференции ЭГПТГ'01. Екатеринбург: УГТУ УПИ, 2001. - С. 49 - 51.

38. Шрейнер Р.Т., Ефимов А.А., Калыгин А.И., Корюков К.Н., Мухаматшин И.А. Концепция построения двухзвенных непосредственных преобразователей частоты для электроприводов переменного тока // Электротехника. 2002. №12. -с.30-39.

39. Шрейнер Р.Т., Ефимов А.А., Калыгин А.И. Математическое описание и алгоритмы ШИМ активных выпрямителей тока // Электротехника. 2000. №10. -с.42-49.

40. Шрейнер Р.Т. , Кривовяз В.К., Калыгин А.И. Алгоритм координатной ШИМ для управления непосредственными преобразователями частоты в системах электроприводов переменного тока // Вестник УГТУ-УПИ.

41. Шрейнер Р.Т., Кривовяз В.К., Калыгин А.И. Координатная стратегия управления непосредственными преобразователями частоты с ШИМ для электроприводов переменного тока // Электротехника. 2003. №6.-с.30-39.

42. Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. Екатеринбург: Изд во УРО РАН, 2000. - 654 с.

43. Шрейнер Р.Т. Системы подчиненного регулирования электроприводов. 4.1: Электроприводы постоянного тока с подчиненным регулированием координат: Учеб. пособие для вузов. Екатеринбург: Изд-ов Урал.гос.проф.-пед. Ун-та, 1997. - 279с.

44. Яцук В.Г., Талов В.В., Гром Ю.И. Принципы построения частотно-регулируемых электроприводов на базе ТПЧ со звеном постоянного тока // Промышленная энергетика. 1978. № И. с.39-45.

45. Alesina A., Venturini М. Analysis and Design of Optimum-Amplitude Nine-Switched Direct AC-AC Converter // IEEE Trans, on Power Electronics. Jan. 1989. Vol.4. №1. -pp.101-112.

46. Alesina A., Venturini M. Intrinsic Amplitude Limits and Optimum Design of ath9.switches direct PWM ac-ac Converters //19 Power Electronics Specialists Conf. Rec., 1988. vol.2, pp. 1284-1291.

47. Alesina A., Venturini M. Solid-state Power Conversion: A Fourier Analysis Approch to Generalized Transformer Synthesis // IEEE Trans. Circuits Syst., Apr. 1981. vol. CAS-28. pp. 319-330.

48. Apap M., Clare J.C., Wheeler P.W., Bland M., Bradley K. An Approach to the Analysis of Efficiency and Device Power Loss Distribution for MatrixL

49. Converters // 10 European Conference on Power Electronics and Applications EPE-2003. 2-4 September, 2003, Toulouse, France. (CD-ROM)

50. Beasant R. R., Beatie W.C., Refsum A. An Approach to the Realisation of a High Power Venturini Converter // IEEE, April 1990. pp.291-297.

51. Bellaj N., Jelassi K., Constnant L., Dagues B. Comparative Study of Classical Estimator and Neural Estimator for Induction Mashine Flux //Proc. of Symposium SPEEDAM 98. Sorrento. Italy, 1998. - p. pi. 1-pi.5.

52. Bhangu B.S., Snary P., Bingham C.M., Stone D.A. Sensorless Control of deep-sea ROVs PMSMs excited by Matrix Converters // 11th European Conference on Power Electronics and Applications EPE-2005, 11-14 September, 2005. (CD-ROM)

53. Blaadberg F., Casadei D., Klumpner C., Matteini M. Comparision of Two Current Modulation Strategies for Matrix Converters Under Unbalanced Input Voltage Conditions // IEEE Transactions on Industrial Electronics. Vol.49. №2. April 2002. pp. 289-296.

54. Blaschke F. Das Prinzip der Feldorientierung die Grundlage fur die Transvector Regulung von Drohfeldmashinen. - Siemens. 1971. 45, № 1. -p.757-760.

55. Burany N. Safe control of four-quadrant switches // IEEE IAS Annual Meeting, San Diego, 1989.-pp. 1190-1194.

56. Casadei D., Serra G., Tani A., Nielsen P. Theoretical and experimental analysis of SVM-controlled matrix converters under unbalanced supply conditions // Electromotion Journal. Vol. 4, no. 1-2. 1997. pp 28-37.

57. Case M.J. The Commutation Process in the Matrix Converter // EPE-PEMC 2000 Proceedings. Kosice, Slovak Republic, 5-7 September 2000. Vol.2, p.2-109-2-112.

58. Chekhet E., Peresada S., Sobolev V., Kovbasa S. Experimental Evaluation of the High Performance Vector Controlled Matrix Converter-Fed Induction Motor // EPE-PEMC 2002 Proceedings. Cavtat&Dubrovbik, Croatia, 9-11 September 2002. (CD-ROM)

59. Dixon J.W., Kulkarni A.B., Nishimoto M., Ooi B.T. Characteristics of a Controlled Current PWM Rectifier Inverter Link // IEEE Trans. Industry Applications. Vol. IA - 23. № 6. 1987. -pp. 1022 - 1028.

60. Dixon D. W., Ooi B.T. Indirect Current Control of a Unity Power Factor Sinusoidal Current Boost Type Three Phase Rectifier // IEEE Transaction on Industrial Electronics. 1988. Vol. 35. № 4. November, -pp. 508 - 515.

61. Empringham L., Wheeler P.W., Clare J.C. Intelligent Commutation of Matrix Converter Bi-directional Switch Cells Using Novel Gate Drive Techniques, Power Electronic Specialists Conference, May 1998, Japan. 1998.

62. Fucuda S., Hasegawa H. Current Source Rectifier / Inverter System with Sinusoidal Current // Conf. Rec. IEEE Ind. Appl. Oct. 1988. P. 909 - 914.

63. Habetler T.G., Divan D.M. Control Strategies for Direct Torque Control Using Discrete Pulse Modulation. // IEEE Trans, on Ind. Appl., Vol. 27, № 5, 1991. -p. 893-901.

64. Habetler T.G. A Space Vector-Based Rectifier Regulator for AC/DC/AC Converters. IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 8, №1. 1993. - p.p. 30-36.

65. Gopfrich K., Rebbereh C., Sack L. Fundamental Frequency Front End Converter a DC-link Drive Converter without Electrolytic Capacitor // Proc. of PCIM-2003 Conference, May 2003. Nurnberg. Germany. 6p. (CD-ROM).

66. Hazeltine L.A. An Improved Method of and Apparatus for Converting Electric Power, British Patent No. 218.675, Jan.4, 1926.

67. Holtz J., Boelkens U. Direct Frequency Converter with Sinusoidal Line Currents for Speed-Variable AC Motors // IEEE Transaction on Industry Electronics, Vol.36. №4. Nov. 1989. -pp. 475-479.

68. Huber, L. Borojevic D., Burany, N. Analysis, design and implementation of the space-vector modulator for forced-commutated cycloconvertors // Electric Power Applications, IEE Proceedings B, Mar 1992. Vol.139. Issue 2. -pp. 103113.

69. Huber, L., Borojevic, D,; Burany, N. Digital implementation of the space vector modulator for forced commutated cycloconverters // 4th International Conference on Power Electronics and Variable-Speed Drives, 17-19 Jul 1990. -pp.63-68.

70. Huber, L., Borojevic, D,; Burany, N. Experimental Verification of the Space Vector Modulator for Forced Commutated Cycloconverter // Proceedings of PEMC'90. 1990. Vol.III. pp.827-831

71. Huber L., Borojevic D., Burany N. Voltage space vector based PWM control of forced commuated cycloconverter // IEEE IECON Conference Record, Philadelphia, 1989. Vol.1, -pp. 106-111.

72. Huber, L.; Borojevic, D. Input filter design of forced commutated cycloconverters // Proceedings of 6th Mediterranean Electrotechnical Conference, 22-24 May 1991. Vol.2, -pp. 1356-1359.

73. Huber L., Borojevic D. Space vector modulated three-phase to three-phase matrix converter with input power factor correction // IEEE Transactions on Industry Applications Nov/Dec 1995. Vol.31. Issue 6. -pp. 1234-1246.

74. Huber, L.; Borojevic, D. Space vector modulation with unity input power factor for forced commutated cycloconverters // Conference Record of the IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, 28 Sep-4 Oct 1991. Vol.1, -pp. 1032-1041.

75. Huber L., Borojevic D. Space vector modulator for forced commutated cycloconverter // IEEE IAS Conference Record, San Diego, 1989. -pp.871-876.

76. Jesse R.D., Spaven W.J. Constant-frequency a.c. Powering Using Variable Speed Generaion // AIEE Trans. Appl. Ind. 1959. 11. pp. 412-418.

77. Joos G., Zargari N.R., Ziogas P.D. A new class of current-controlled suppressed-link AC to AC frequency changers // Power Electronics Specialists Conf., 1991. PESC '91 Record. 22nd Annual IEEE, 24-27 Jun 1991. -pp. 830 -837.

78. Jussila M., Eskola M., Tuusa H. Analysis of Non-Idealities in Direct and Indirect Matrix Converters // 11th European Conference on Power Electronics and Applications EPE-2005, 11-14 September, 2005. (CD-ROM)

79. Kastner G., Rodriges J. A Forced-Commutated Cycloconverter with Control of the source and load currents // European Conference on Power Electronics and Applications EPE-85. 1985. -pp.1141-1146.

80. Kennel R., Linder A., Linder M. Generalised Predictive Control (GPC) Ready for Use in Drive Applications? // 32nd IEEE Power Electronics Specialists Conference PESC, 17-22 June 2001, Vancouver, Canada.

81. Kennel R., binder A. Predictive Control of Inverter Supplied Electric Drives // EPE-PEMC 2000 Proceedings. Kosice, Slovak Republic, 5-7 September 2000. Vol. l.-pp. 1.1-1.6.

82. Kim S., Ki Sul S., Lipo T.A. AC/AC Power Conversion Based on Matrix Converter Topology with Unidirectional Switches // IEEE Transaction on Industry Application, Vol. 36. № 1. January/February 2000. -pp. 139-145.

83. Kim Y.-H., Ehsani M. Control of force-commutated direct frequency changers // Industry Applications Society Annual Meeting, 1990. Conference Record of the 1990 IEEE, 7-12 Oct. 1990. Vol.2, -pp.1163-1170.

84. Klumpner C. An Indirect Matrix Converter with a Cost Effective Protection andth

85. Control //11 European Conference on Power Electronics and Applications EPE-2005, 11-14 September, 2005. (CD-ROM)

86. Klumpner C., Nielsen P., Boldea I., Blaabjerg F. A New Matrix Convertertb

87. Motor (MCM) for Industry Applications // 11 International Power Electronics and Motion Control Conference EPE-PEMC 2004 Proceedings. 2-4 September 2004, Riga, Latvia. (CD-ROM)

88. Lindemann A., Baumann M., Kolar J. W. Comparison of different Bidirectional Bipolar Switches for use in Sparse Matrix Converters Sparse Matrix Converters // EPE-PEMC 2002 Proceedings. Cavtat&Dubrovbik, Croatia, 9-11 September 2002. (CD-ROM)

89. Liu C., Zahavi B.A., Petroceli R. Adative Overmodulation of Three Phase SVM Controlled Matrix Converter // EPE-PEMC 2000 Proceedings. Kosice, Slovak Republic, 5-7 September 2000. Vol.2, p.2-23-2-27.

90. Lorenz R. Motion Control With Induction Motors. Proceedings of the IEEE. Vol. 82, №8. August 1994. - pp. 37-38.

91. Mir S.A., Zinger D.S., Elbuluk M.E. Fuzzy Controller for Inverter Fed Induction Machines. // IEEE Trans, on Ind. Appl., Vol. IA-21, № 4, Jan/Feb. 1993. P. 1009- 1015.

92. Nefi C.L., Schauder C.D. Theory and design of a 30-hp matrix converter // Industry Applications Society Annual Meeting, 2-70ct. 1988. IEEE Conference Record of the 1988 IEEE. Vol.1, -pp. 934-939.

93. Nielsen P., Blaabjerg F., Pedersen J.K. Space Vector Modulated Matrix Converter with Minimized Number of Switching and a Feedforward Compensation of Input Voltage Unbalance // Proc. of PEDES'96, Vol.2. -pp.833-839.

94. Oyama J. Xiarong Xia Higuchi, Т., Yamada E. Displacement Angle Control of Matrix Converter // Power Electronics Specialists Conference, 1997. PESC '97 Record., 28th Annual IEEE, 22-27 Jun 1997. Vol.2, -pp. 1033-1039.

95. Oyama J. Xiarong Xia, Higuchi Т., Yamada E., Koga T. Effect of PWM Pulse Number on Matrix Converter Characteristics // Power Electronics Specialists

96. Conference, 1996. PESC '96 Record., 27th Annual IEEE, 23-27 Jun 1996. Vol.2. pp.-1306-1311.

97. Pan C., Sheih J. J. A Zero Switching Loss Matrix Converter // IEEE PESC 93. 1993. pp.545-550.

98. Perelmuter V. Hysteresis Current Regulation for the Field-Oriented-Controlled Induction Motor Drives with Matrix Converter // EPE-PEMC 2002 Proceedings. Cavtat&Dubrovbik, Croatia, 9-11 September 2002. (CD-ROM)

99. Pinto S. F., Silva J. F. Robust Sliding Mode Control of Matrix Converters with Unity Power factor // EPE-PEMC 2000 Proceedings. Kosice, Slovak Republic, 5-7 September 2000. Vol.1, pp. 1-157-1-162.

100. Rissik H. Mercury Arc CurrentCoverters. Sir Isaac Pitman & Sons. 1935.

101. Roy G., April G. Cycloconverter Operation under a New Scalar Control Algorithm // Proc. IEEE-PESC Conf., Milwaukee, WI. 1989. -pp.368-375.

102. Roy G., April G. Direct Frequency Changer Operation under a New Scalar Control Algorithm // IEEE Transactions on Power Electronics, Jan.1991. №1. Vol.6.-pp. 100-107.

103. Schafmeister F., Baumann M., Kolar J.W. Analytically Closed Calculation of the Conduction and Switching Losses of Three-Phase AC-AC Sparse Matrix

104. Converters //1 IEPE-PEMC 2002 Proceedings. Cavtat&Dubrovbik, Croatia, 9-11 September 2002. (CD-ROM)

105. Schenkel M. Eine unmittelbare Asynchrone Umrichtung fur niederfrequente Bahnnuetze // Electr. Bahnen, 8. 1932. pp. 69-73.

106. Simon O., Bruckmann M., Schierling H., Mahlein J. Design of Pulse Patterns for Matrix Converters // EPE-PEMC 2002 Proceedings. Cavtat&Dubrovbik, Croatia, 9-11 September 2002. (CD-ROM)

107. Shinohara K., Iimori K., Muroya M., Matsusita Y. Commutation Strategies for PWM Rectifier of Converter without DC Link Components for Induction Motor Drive // EPE-PEMC 2002 Proceedings. Cavtat&Dubrovnik, Croatia, 9-11 September 2002. (CD-ROM)

108. Shreiner R., Krivovyaz V., Kalygin A. Coordinate PWM Control Strategy of the Direct Frequency Converter // 10th European Conference on Power Electronics and Applications /ЕРЕ-03. 2-4 September, 2003. (CD-ROM)

109. Shreiner R.T., Krivovyaz V.K., Kalygin A.I. PWM Control of Direct Frequencytb

110. Converter in AC Electric Drive System //11 European Conference on Power Electronics and Applications / EPE-05, 11-14 September, 2005. (CD-ROM)

111. Sunter S. and Clare J. C. A True Four Quadrant Matrix Converter Induction Motor Drive with Servo Performance // IEEE Power Electronics Specialists Conference, June 1996. pp. 146-151.

112. Teichmann R., Oyama J., Yamada E. Controller Design for Auxiliary Resonant Commutated Pole Matrix Converter // EPE-PEMC 2000 Proceedings. Kosice, Slovak Republic, 5-7 September 2000. Vol.3, p.3-14-3-18.

113. Venturini M. A New Sine Wave in, Sine Wave out, conversion technique eliminates reactive elements // Proc. Powercon 7. San Diego, CA. 1980. pp. E3-1-E3-15.

114. Villa? M.V.M., Perin A J. A New Bi-Directional ZVS Switch for Direct AC/AC Converter Applications // IEEE APEC95. 1995. pp. 977-983.

115. Von Issendorff J. Der Gesteurte Umrichter // Wiss. Veroff. Siemens, 14. 1935. -pp. 1-31.

116. Wei L., Lipo T. A. A Novel Matrix Converter Topology With Simple Commutation Industry Applications Conference, 30 Sep-4 Oct 2001. 36thIAS Annual Meeting. Conf. Rec. of the 2001 IEEE, Vol.3. pp. 1749-1754.

117. Wei L., Lipo T.A., Chang H. Matrix Converter Topologies with Reduced Number of Switches // Power Electronics Specialists Conference PESC'02. IEEE 33rd Annual. 2002. Vol.1. pp.57-63.

118. Wheeler P. W., Clare J. C., Empringham W. L. A Vector Controlled MCT Matrix Converter Induction Motor Drive with Minimized Commutation Times and Enhanced Waveform Quality // IEEE Industrial Applications Society Annual Meeting, October 2002.

119. Wheeler P. W., Clare J. C., Empringham W. L. Minimization of Matrix Converter Commutation Times // EPE-PEMC 2002 Proceedings. Cavtat&Dubrovbik, Croatia, 9-11 September 2002. (CD-ROM)

120. Wheeler P. W., Empringham W. L., Apap M., de Lillo L., Clare J. C., Bradley K.J. A Matrix Converter Motor Drive for an Aircraft Actuation System // 10th European Conference on Power Electronics and Applications EPE-2003, 2-4 September, 2003. (CD-ROM)

121. Wheeler P.W., Grant D.A. Optimised Input Filter Design and Low-Loss Switching Techniques for a Practical Matrix Converter // IEE Proceedings, Electrical Power Applications, Jan 1997. №1. Vol. 144. pp.53-60.

122. Wiechmann E., Garcia A., Salazar L., Rodriguez R. High-Performance Direct-Friquency Converters Controlled by Predictive Current loop // IEEE Transactions on Power Electronics. May 1997. Vol.12. №3. -pp. 547-557.

123. Ziogas P.D., Kang Y., Rashid M.H. Analysis and design of forced commutated cycloconverter structures with improved transfer characteristics // IEEE Transaction on Industry Electronics, Aug. 1986. Vol. IE-33. № 3. -pp.271-280.

124. Ziogas P.D., Kang Y., Stefanovic V.R. Rectifier-Inverter Frequency Changers with Suppressed DC-Link Component // IEEE Transaction on Industry Application. Vol. IA-22. № 6. 1986. -pp. 1027-1036.

125. Ziogas P.D., Kang Y., Rashid M.H. Some improved forced commutated cycloconverter structures // IEEE Transaction on Industry Electronics, Aug. 1986. Vol. IA-21. № 5. -pp. 1242-1253.