Title: PRETVARACI S MODULACIJOM
1PRETVARACI S MODULACIJOM ŠIRINE IMPULSA
PWM UVOD
- DANAŠNJI ELEKTRONICKI PRETVARACI UGLAVNOM RADE U
TZV. SKLOPNOM NACINU RADA (SWITCHING MODE) DA BI
SE POSTIGLA VECA UCINKOVITOST, MANJA TEŽINA,
MANJE IZMJERE, BRŽI RAD, VECA GUSTOCA SNAGE - MODULACIJA ŠIRINE IMPULSA (PULSE WIDTH
MODULATION, PWM) TEMELJNA JE METODA UPRAVLJANJA U
SUVREMENIM ELEKTRONICKIM PRETVARACIMA - PWM JE BRZA TEHNIKA, OVISNO O RAZINI SNAGE I
PRIMJENI SKLAPANJE SE ODVIJA PRI FREKVENCIJAMA OD
NEKOLIKO KILOHERCA (UPRAVLJANJE EMP) DO NEKOLIKO
MEGAHERCA (REZONANTNI PRETVARACI ZA IZVORE
NAPAJANJA)
2PRETVARACI S MODULACIJOM ŠIRINE IMPULSA
PWM KRATAK POVIJESNI PREGLED
- NAJPOZNATIJA METODA PWM-a UTEMELJENA JE NA
TROKUTNOM NOSIOCU (CARRIER BASED, CB) I SINUSNOM
REFERENTNOM SIGNALU, SINUSNA MODULACIJA ŠIRINE
IMPULSA (SPWM), A PREDLOŽENA JE SCHÖNUNGA I
STEMMLERA 1964. - RAZVOJEM MIKRORACUNALA VEKTORSKA MODULACIJA
(SPACE VECTOR MODULATION, SVM) POSTAJE
PREVLADAVAJUCOM TEHNIKOM UPRAVLJANJA
ELEKTRONICKIM PRETVARACIMA, PREDLOŽILI SU JE
PFAFF, WESCHTA I WICK 1982. - HAVA, KERKMAN, LIPO I BLAŠKO PREDLOŽILI SU 1997.
OPCU ILI HIBRIDNU PWM KOJA KORISTI SUSTAV NULTOG
SLIJEDA (ZERO SEQUENCE SYSTEM) TROSTRUKE
FREKVENCIJE KAO ZAJEDNICKI CLAN - PARALELNO S TZV. DETERMINISTICKIM MODULATORIMA
RAYVIJAJU SE I SLUCAJNE METODE PWM (RANDOM PWM) ,
TRZYNADLOWSKI, KIRLIN I LEGOWSKI 1993.
3PRETVARACI S MODULACIJOM ŠIRINE IMPULSA
PWM TROFAZNI PRETVARAC U MOSNOM SPOJU
- IZMJENJIVACKI NACIN RADA KOD EMP I AC IZVORA
(UPS) - ISPRAVLJACKI NACIN RADA KOD IZVORA NAPAJANJA S
JEDINICNIM FAKTOROM SNAGE
4- METODE MODULACIJE ŠIRINE IMPULSA (PWM)
- U OTVORENOJ PETLJI (OPEN LOOP)
- U ZATVORENOJ PETLJI POVRATNE VEZE (CLOSED LOOP)
1.
2.
5METODE PWM-a U OTVORENOJ PETLJI TEMELJNI
ZAHTJEVI NA PRETVARAC I DEFINICIJE
- ŠIROKO PODRUCJE LINEARNOG RADA,
- MINIMALAN BROJ SKLAPANJA SKLOPKI ZBOG SKLOPNIH
GUBITAKA, - MINIMALAN SADRŽAJ HARMONIKA STRUJE I NAPONA ZBOG
GUBITAKA I BUKE, - UKLANJANJE NISKOFREKVENCIJSKIH HARMONIKA (KOD
EMP PULZACIJE MOMENTA), - MOGUCNOST RADA U PODRUCJU PREMODULACIJA
UKLJUCUJUCI PRAVOKUTNI (6 STEP) NACIN RADA - NOVA ISTRAŽIVANJA NA PODRUCJU
- POJEDNOSTAVLJENJA ALGORITAMA KOJI DNAS TROŠE
NAJVECI DIO RACUNALNOG VREMENA, - SMANJENJA AKUSTICKE BUKE, SLUCAJNE MODULACIJE
6METODE PWM-a U OTVORENOJ PETLJI TEMELJNE
DEFINICIJE
7METODE PWM-a U OTVORENOJ PETLJI METODE
UTEMELJENE NA NOSIOCU (CB) SINUSNA PWM (SPWM)
8METODE PWM-a U OTVORENOJ PETLJI METODE
UTEMELJENE NA NOSIOCU (CB) SINUSNA PWM (SPWM)
- RELATIVNO USKO LINEARNO PODRUCJE RADA JE MANA
OVE KLASICNE MODULACIJE, - SLABO ISKORIŠTENJE ISTOSMJERNOG ULAZNOG NAPONA,
- PREMODULACIJA JE MOGUCA U NELINEARNOM PODRUCJU
RADA.
9METODE PWM-a U OTVORENOJ PETLJI METODE
UTEMELJENE NA NOSIOCU (CB) MODULACIJA S
DODATNIM SIGNALOM NULTOG SLIJEDA (ZERO SEQUENCE
SIGNAL, ZSS)
UKOLIKO JE SREDNJA TOCKA TROFAZNOG TROŠILA N
IZOLIRANA (NIJE SPOJENA SA SREDNJOM TOCKOM
ISTOSMJERNOG SUSTAVA 0), TADA FAZNE STRUJE
TROŠILA OVISE SAMO O LINIJSKIM NAPONIMA, U SVE
TRI FAZE MOŽEMO DODATI ZAJEDNICKI NAPON (ZSS)
KOJI NE MIJENJA LINIJSKE NAPONE.
10METODE PWM-a U OTVORENOJ PETLJI METODE
UTEMELJENE NA NOSIOCU (CB) MODULACIJA S
DODATNIM SIGNALOM NULTOG SLIJEDA (ZERO SEQUENCE
SIGNAL, ZSS)
- POSLJEDICA JE POVECANJE LINEARNOG PODRUCJA RADA
NA Mmax 0,907, SMANJENJE SREDNJE SKLOPNE
FREKVENCIJE, TE SMANJENJE VIŠIH HARMONIKA STRUJE, - DODATNI ZAJEDNICKI NAPON POJAVLJUJE SE IZMEÐU
SREDNJIG TOCAKA IZMJENICNOG I ISTOSMJERNOG
SUSTAVA (N i 0) KAO NAPON UN0, A TAKOÐER SE
UOCAVA U NAPONIMA Ua0, Ub0, Uc0,
11METODE PWM-a U OTVORENOJ PETLJI VEKTORSKA
MODULACIJA (SPACE VECTOR MOD.- SVM)
TEMELJI SE NA PROSTORNO-VEKTORSKOM PRIKAZU NAPONA
IZMJENICNE STRANE PRETVARACA POMOCU PROSTORNOG
VEKTORA (TEORIJA PROIZAŠLA IZ TEORIJE ELEKTRICNIH
STROJEVA). DANAS VRLO POPULARNA METODA ZBOG SVOJE
JEDNOSTAVNOSTI I LAGANE REALIZACIJE POMOCU
RACUNALA.
TROFAZNI DVORAZINSKI PRETVARAC OMOGUCAVA 8
RAZLICITIH SKLOPNIH STANJA, 6 AKTIVNIH I DVA
NUL-STANJA.
12METODE PWM-a U OTVORENOJ PETLJI VEKTORSKA
MODULACIJA (SPACE VECTOR MOD.- SVM)
13METODE PWM-a U OTVORENOJ PETLJI VEKTORSKA
MODULACIJA (SPACE VECTOR MOD.- SVM)
AKTIVNI VEKTORI DIJELE RAVNINU U 6 SEKTORA, A
REFERENTNI VEKTOR U DOBIVA SE ODGOVARAJUCIM
SLIJEDOM 2 SUSJEDNA NAPONSKA VEKTORA I
NUL-VEKTORA. OMJER VOÐENJA SUSJEDNIH VEKTORA (U1,
U2) ODREÐUJE KUT ? REFERENTNOG VEKTORA, DOK
NUL-VEKTORI ODREÐUJU INDEKS MODULACIJE M.
DOZVOLJENA DUŽINA VEKTORA U ZA BILO KOJI KUT ?
ODREÐENA JE IZRAZOM Umax Udc/?3 . ZA DOBIVANJE
VECE VRIJEDNOSTI AMPLITUDE REFERENTNOG VEKTORA
(MAKSIMALNA VRIJEDNOST JE KOD 6-STEP NAPONA)
POTREBNO JE PRIMIJENITI ODGOVARAJUCI ALGORITAM
NELINEARNE PREMODULACIJE.
14METODE PWM-a U OTVORENOJ PETLJI VEKTORSKA
MODULACIJA (SPACE VECTOR MOD.- SVM)
ZA RAZLIKU OD CB PWM KOD SVM NE POSTOJE ZASEBNO
MODULATORI ZA SVAKU FAZU, DOVOLJAN JE JEDAN
MODULATOR. REFERENTNI VEKTOR U ODREÐUJE SE PRI
CVRSTOJ FREKVENCIJI SATA 2fS 1/TS VRIJEDNOST
VEKTORA U(TS) KORISTI SE ZA IZRACUNAVANJE
POTREBNIH INTERVALA t1, t2, t0 I t7.
15METODE PWM-a U OTVORENOJ PETLJI VEKTORSKA
MODULACIJA (SPACE VECTOR MOD.- SVM)
MIKROPROCESORSKA REALIZACIJA UKLJUCUJE RACUNANJE
INTERVALA POMOCU TRIGONOMETRIJSKIH JEDNADŽBI ZA
PRVI SEKTOR I NJIHOVO PRERACUNAVANJE ZA OSTALE
SEKTORE.
NAKON IZRACUNAVANJA INTERVALA VOÐENJA SUSJEDNIH
AKTIVNIH VEKTORA, PREOSTALO VRIJEME TS
REZERVIRANO JE ZA NUL-VEKTORE U0 I U7. METODE SVM
RAZLIKUJU SE PREMA SMJEŠTAJU NUL-VEKTORA.
16METODE PWM-a U OTVORENOJ PETLJI VEKTORSKA
MODULACIJA (SPACE VECTOR MOD.- SVM)
NAJPOPULARNIJA JE VEKTORSKA MODULACIJA SA
SIMETRICNIM SMJEŠTAJEM NUL-VEKTORA (SVPWM). t0
t7 (TS t1 t2)/2
VRIJEDNOSTI INTERVALA ZA OSTALE SEKTORE
IZRACUNAVAJU SE POMOCU MATRICE TRANSFORMACIJE
17USPOREDBA CB PWM I SV PWM
GORNJA SLIKA PRIKAZUJE GENERIRANJE UPR. SIGNALA
USPOREDBOM TROKUTNOG NOSIOCA I REFERENTNOG
SINUSNOG SIGNALA S UTISNUTIM ZSS (TRECI
HARM.) DONJI DIO SLIKE PRIKAZUJE GENERIRANJE UPR.
SIGNALA POMOCU SV PWM RACUNANJEM TRAJANJA VEKTORA
U1, U2, U0 I U7. UOCAVA SE IDENTICNOST REZULTATA,
MOGUCI STUPNJEVI SLOBODE DOBIVAJU SE ODABOROM
ZSS-a ILI SMJEŠTAJEM NUL-VEKTORA. RAZLIKA JE U
TRETIRANJU 3-FAZNIH VELICINA, KOD SV PWM KORISTI
SE UMJETNI (MATEMATICKI TRANSFORMIRAN) VEKTORSKI
PRIKAZ.
18PREMODULACIJA (OVERMODULATION)
KOD CB PWM U PREMODULACIJU SE DOLAZI POVECAVANJEM
AMPLITUDE REFERENTNOG SIGNALA IZNAD VRŠNE
VRIJEDNOSTI AMPLITUDE TROKUTNOG NOSIOCA, DOLAZI
DO ISPUŠTANJA POJEDINIH SKLOPNIH CIKLUSA. KADA Ma
DOVOLJNO NARASTE ULAZI SE U 6-STEP NACIN RADA.
19PREMODULACIJA (OVERMODULATION)
KOD SV PWM U PREMODULACIJU SE DOLAZI
ODGOVARAJUCIM ALGORITMOM, KOD KOJEG SE UOPCE NE
KORISTE NUL-VEKTORI. GRANICNA AMPLITUDA
REFERENTNOG VEKTORA ZA LINEARNI NACIN RADA JE
Umax Udc/?3 (ODGOVARA INDEKSU MODULACIJE M
0,906), A U NELINEARNOM SE NACINU RADA MOŽE
POSTICI SVE DO M 1)
20VAŽNI KRITERIJI PONAŠANJA MODULACIJA
- PODRUCJE LINARNOG RADA,
- SKLOPNI GUBICI (ZNATNO VECI I ZNACAJNIJI OD
GUBITAKA VOÐENJA), - IZOBLICENJA.
ADAPTIVNA VEKTORSKA MODULACIJA (ASVM)
- KORISTECI NAJBOLJA SVOJSTVA POJEDINIH TIPOVA
MODULACIJA DAJE NAJBOLJE REZULTATE GLEDE
KRITERIJA PONAŠANJA. - OVISNO O TRAŽENOM INDEKSU MODULACIJE M, KORISTI
SE OPTIMALNI NACIN VEKTORSKE MODULACIJE
21SLUCAJNA (RANDOM) PWM
- KOD DETERMINISTICKIH METODA MODULACIJE DOBIVA SE
DISKRETAN SPEKTAR, CIJE POJEDINE KOMPONENTE MOGU
ZADIRATI U OSJETLJIVA ILI ZABRANJENA PODRUCJA
FREKVENCIJA (PRIMJERICE KOMUNIKACIJSKE KANALE) - NASTAJU DODATNI GUBICI, NEŽELJENE VIBRACIJE
- POSTOJE 2 OSNOVNA RAZLOGA ZA ISTRAŽIVANJA
SLUCAJNE MODULACIJE SMANJENJE SUBJEKTIVNE BUKE,
TE UJEDNACAVANJE ELEKTROMAGNETSKOG ŠUMA (LAKŠE
ZADOVOLJAVANJE NORMI) - MOGU SE IZBJECI ANALOGNI UCINSKI FILTRI (TEŽINA I
CIJENA)
22SLUCAJNA (RANDOM) PWM
23METODE PWM-a U OTVORENOJ PETLJI ZAKLJUCCI
- PARAMETRI PWM PRETVARACA (LINEARNO PODRUCJE
RADA, HARMONICI STRUJE, SKLOPNI GUBICI) OVISE O
POLOŽAJU NUL-VEKTORA KOD SVM, ODNOSNO O OBLIKU
ZSS SIGNALA KOD CB-PWM. - NE POSTOJI JEDINSTVENA PWM METODA KOJA OSIGURAVA
OPTIMALAN RAD U CIJELOM PODRUCJU UPRAVLJANJA. - ADAPTIVNA VEKTORSKA REGULACIJA JE OPTIMALNO
RJEŠENJE, A REALIZIRA SE PROGRAMSKI!
24METODE PWM-a U ZATVORENOJ PETLJI TEMELJNI
ZAHTJEVI I DEFINICIJE
- DANAS U VECINI PRIMJENA PWM PRETVARACI S
NAPONSKIM ULAZOM IMAJU REGULACIJSKU STRUKTURU S
UNUTRAŠNJOM POVRATNOM VEZOM PO STRUJI. - PONAŠANJE PRETVARACA IZRAZITO OVISI O KVALITETI
PRIMJENJENE STRATEGIJE REGULACIJE STRUJE - PREDNOSTI PRETVARACA SA ZATVORENOM POVRATNOM
VEZOM - KONROLA TRENUTNOG VALNOG OBLIKA STRUJE S VELIKOM
TOCNOŠCU, - IZRAZITO DOBRA DINAMIKA,
- ZAŠTITA OD PREKOSTRUJA I POTISKIVANJE
PREOPTERECENJA, - KOMPENZACIJA EFEKATA ZBOG PROMJENE PARAMETARA
TROŠILA, PROMJENE DC I AC NAPONA, - KOMPENZACIJA PADA NAPONA NA SKLOPKAMA I MRTVIH
VREMENA PRETVARACA.
25METODE PWM-a U ZATVORENOJ PETLJI TEMELJNI
ZAHTJEVI I DEFINICIJE
GLAVNI ZADATAK STRUJNO UPRAVLJANOG PWM PRETVARACA
(CC-PWM) JE DA PRISILI STRUJE TROFAZNOG TERETA NA
TOCNO PRACENJE REFERENTNIH STRUJA. USPOREDBOM
ŽELJENIH I MJERENIH TRENUTNIH VRIJEDNOSTI STRUJA
GENERIRAJU SE SKLOPNA STANJA PRETVARACA KOJA
UTJECU NA SMANJENJE STRUJNE POGREŠKE.
U NACELU STRUJNO UPRAVLJANJE (CC) OBAVLJA 2
ZADATKA KOMPENZACIJA STRUJNE POGREŠKE I
MODULACIJA.
26METODE PWM-a U ZATVORENOJ PETLJI TEMELJNI
ZAHTJEVI NA STRUJNO UPRAVLJANJE
- PONIŠTAVANJE FAZNE I AMPLITUDNE POGREŠKE
(IDEALNO PRACENJE, TRACKING) U ŠIROKOM OPSEGU
IZLAZNIH FREKVENCIJA, - DOBAR DINAMICKI ODZIV SUSTAVA,
- OGRANICENA ILI KONSTANTNA SKLOPNA FREKVENCIJA,
ZBOG OSIGURANJA SIGURNOG RADA POLUVODICKIH
SKLOPKI, - NIZAK SADRŽAJ VIŠIH HARMONIKA STRUJE,
- DOBRO ISKORIŠTENJE ISTOSMJERNOG ULAZNOG NAPONA.
27METODE PWM-a U ZATVORENOJ PETLJI STATICKI
KRITERIJI KVALITETE STRUJNOG UPRAV.
28METODE PWM-a U ZATVORENOJ PETLJI PRIKAZ METODA
STRUJNOG UPRAVLJANJA
29METODE PWM-a U ZATVORENOJ PETLJI PRIKAZ METODA
STRUJNOG UPRAVLJANJA
- DVIJE SU GLAVNE METODE
- S IZDVOJENIM PWM BLOKOM (U OTVORENOJ PETLJI)
(BOLJA SVOJSTVA) - S DVOPOLOŽAJNIM (ON-OFF) REGULATOROM
(JEDNOSTAVNOST)
30METODE PWM-a U ZATVORENOJ PETLJI ODABRANI
PRIMJERI - PI REGULATOR STRUJE RAMP
COMPARISON REGULATOR
STRUJNA POGREŠKA VODI SE NA PI REGULATOR STRUJE,
CIJI IZLAZ SE USPOREÐUJE S TROKUTNIM NOSIOCEM,
KAO KOD SPWM-a GENERIRAJU SE UPRAVLJACKI SIGNALI
ZA SKLOPKE PRETVARACA. IAKO JE METODA SLICNA
SINUSNOJ MODULACIJI, POSTOJI BITNA RAZLIKA U
PONAŠANJU.
POSTOJE MOGUCI PROBLEMI PRI USPOREDBI SIGNALA, TE
JE PRIMJENA OGRANICENA.
31METODE PWM-a U ZATVORENOJ PETLJI ODABRANI
PRIMJERI - PI REGULATOR STRUJE RAMP
COMPARISON REGULATOR DETALJNIJI PRIKAZ
32METODE PWM-a U ZATVORENOJ PETLJI ODABRANI
PRIMJERI - PI REGULATOR STRUJE STACIONARNI
VEKTORSKI REGULATOR
KORISTI SE TRANSFORMACIJA KOORDINATA, BUDUCI DA
SE DJELUJE NA AC KOMPONENTE PREOSTAJE STATICKA
POGREŠKA STRUJE.
33METODE PWM-a U ZATVORENOJ PETLJI ODABRANI
PRIMJERI - PI REGULATOR STRUJE SINKRONI
(ROTIRAJUCI) VEKTORSKI REGULATOR
KORISTI KOMPONENTE STRUJE DEFINIRANE U
ROTIRAJUCEM KOORDINATNOM SUSTAVU, TO SU DC
VELICINE, TE JE MOGUCE PONIŠTITI STATICKU
POGREŠKU STRUJE.
34METODE PWM-a U ZATVORENOJ PETLJI ODABRANI
PRIMJERI - PI REGULATOR STRUJE REGULATOR S
POVRATOM VEZOM U PROSTORU STANJA (STATE FEEDBACK)
BOLJA SVOJSTVA OD KLASICNIH PI REGULATORA, NO
SINTEZA JE SLOŽENIJA.
35METODE PWM-a U ZATVORENOJ PETLJI ODABRANI
PRIMJERI NELINEARNI ON-OFF REG.
- HISTEREZNA MODULACIJA,
- DELTA MODULACIJA,
- ON-LINE OPTIMALNA MODULACIJA.
UZ BESKONACNU FREKVENCIJU SKLAPANJA MOGLO BI SE
POSTICI SAVRŠENO PRACENJE REFERENTNE STRUJE, NO
FREKVENCIJU JE POTREBNO OGRANICITI a)
HISTEREZNOM b) DELTA MODULACIJOM
36METODE PWM-a U ZATVORENOJ PETLJI ODABRANI
PRIMJERI NELINEARNI ON-OFF REG. HISTEREZNI
REGULATOR STRUJE
- PREDNOSTI
- JEDNOSTAVNOST IZVEDBE,
- IZUZETNA ROBUSTNOST,
- IZVRSNA DINAMIKA.
- NEDOSTACI
- SKLOPNA FREKVENCIJA OVISI O PARAMETRIMA TROŠILA,
- TEŠKA ZAŠTITA PRETVARACA, POMALO STOHASTICKI RAD.
37METODE PWM-a U ZATVORENOJ PETLJI ODABRANI
PRIMJERI NELINEARNI ON-OFF REG. DELTA
REGULATOR STRUJE
NA PRVI POGLED VELIKA SLICNOST S HISTEREZNOM
MODULACIJOM, NO POSTOJI BITNA RAZLIKA. KOMPARATORI
OBRAÐUJU SAMO PREDZNAK POGREŠKE STRUJE. SH
SKLOP OSIGURAVA CVRSTU RADNU FREKVENCIJU. U
NACELU NE POSTOJI PWM, GENERIRAJU SE SAMO OSNOVNI
VEKTORI UNUTAR INTERVALA Ts.
DA BI SE POSTIGLI S PWM USPOREDIVI REZULTATI
POTREBNO JE I DO 7 PUTA POVECATI SKLOPNU
FREKVENCIJU.
38 METODE PWM-a ZAKLJUCCI
PWM PRETVARACI MOGU RADITI U NAPONSKOM (OPEN
LOOP) I STRUJNOM (CLOSED LOOP) NACINU RADA. BOLJE
PONAŠANJE I DINAMIKA POSTIŽU SE U STRUJNOM NACINU
RADA, POEBNO KOD ELEKTROMOTORNIH POGONA VELIKIH
DINAMICKIH ZAHTJEVA.