17 Кульманов

Компенсация гармонических
искажений выходного
напряжения в источниках
питания с синусным фильтром
Анучин А.С.
Кульманов В.И.
Беляков Ю.О.
Национальный исследовательский университет «МЭИ»
Традиционная система генерации
электроэнергии самолета
115 В
АД
Р
ППЧВ
СГ
400 Гц
 1% от мощности двигателей
 КПД: 70 – 95%
 Стоимость: 80% от всей системы
генерации электроэнергии
 Затраты на ремонт: 80% от всей
системы электроснабжения
Перспективная система
генерации электроэнергии
самолета
АД
СГ
n
ПЧ
+
SIN-фильтр
115 В
400 Гц
 Синхронный n-фазный генератор
(вентильно-индукторный с независимым
возбуждением)
 Преобразователь частоты с синусным
фильтром
Требования по качеству
выходного напряжения: ГОСТ Р
54073-2010
 ошибка в фазировке между фазными
напряжениями не более 2°
 коэффициент гармонических искажений
не более 5%
 амплитуда должна находиться в
диапазоне от 1,31 до 1,51 от заданного
действующего значения
 возможность работы с несимметричной
нагрузкой, выпрямительной нагрузкой и
при обрыве одной из фаз
Схема электрических цепей
системы генерации
электроэнергии
Три мостовых
инвертора с
гальванически
развязанными
источниками питания
Силовая элементная база
HybridPACK 2 Infineon
Силовая элементная база
HybridPACK 2 Infineon
Компоновка преобразователя
Система управления – МК
30.1
 Микроконтроллер семейства
Concerto
 ARM M3 + C28 FPU
 75 / 150 МГц
 Встроенные цепи питания датчиков
 Адаптация под модуль HybridPACK 2
 Интерфейс управления
возбуждением генератора
Система управления – МК
30.1
Структура системы
управления
u1.з.апм.
Опорные таблицы гармоник
И
РН1sin
0
РН3sin
uзпт
Σ
uф.з.
0
u9cos
u3sin
u1
РН9cos
ДПФ
uф
Расчет γ
30
70
20
60
50
uф, В
10
40
0
-10
30
-20
20
-30
10
-40
0
0
0,8
1,6 t, мс 2,4
3,2
80
30
70
20
60
2
4
0
2
4
f, кГц
6
8
6
8
20lg(u),дБ
40
0
50
10
40
0
-10
30
-20
20
-30
10
-40
0
0
0,8
1,6 t, мс 2,4
3,2
f, кГц
THD = 5.5%
80
20lg(u),дБ
40
uф, В
Коррекция 3
гармоники
Без
коррекции
Влияние «мертвого времени» на
форму выходного напряжения,
выборочная коррекция
80
30
70
20
60
20lg(u),дБ
40
50
40
0
-10
30
-20
20
-30
10
-40
0
0
0,8
1,6 t, мс 2,4
3,2
80
30
70
20
60
2
4
0
2
4
f, кГц
6
8
6
8
20lg(u),дБ
40
0
50
10
40
0
-10
30
-20
20
-30
10
-40
0
0
0,8
1,6 t, мс 2,4
3,2
f, кГц
THD = 2.4%
uф, В
10
uф, В
Коррекция 3,
5, 7
гармоник
Коррекция 5
гармоники
Влияние «мертвого времени» на
форму выходного напряжения,
выборочная коррекция
Результат компенсации высших гармоник
(3, 5, 7, 9) и регулирования амплитуды
первой гармоники (сброс нагрузки)
200
uф, В; iф, А
100
0
200
-100
0
1
2
t, мс
3
4
80
0
-100
1-я гармоника, 400Гц
70
uф, В; iф, А
100
-200
60
20lg(u),дБ
-200
50
0
40
30
2
11-я гармоника, 4,4 кГц
20
13-я гармоника, 5,2 кГц
10
0
0
2
4
f, кГц
6
8
THD = 0.9%
4
t, мс
6
8
Результат компенсации высших гармоник
(3, 5, 7, 9) и регулирования амплитуды
первой гармоники (нелинейная
нагрузка)
80
200
1-я гармоника, 400Гц
70
60
20lg(u),дБ
uф, В; iф, А
100
50
40
0
11-я гармоника, 4,4 кГц
30
-100
13-я гармоника, 5,2 кГц
20
10
-200
0
0
1
2
t, мс
3
4
0
THD = 2%
2
4
f, кГц
6
8
Результаты
 Разработан контроллер для управления
преобразователем
 Разработано программное обеспечение
системы управления
 Проведена проверка работы и настройка
программного обеспечения в
лабораторных условиях
 Достигнутые показатели коэффициента
нелинейных искажений: 0.9% при
линейной нагрузке 100% мощности и 2%
при нелинейной нагрузке 25% мощности