Минимизация и перераспределение коммутационных потерь в инверторе напряжения при использовании алгоритма широтно-импульсной модуляции с прогнозированием

Аннотация

Цель настоящей статьи — тестирование комбинированного метода широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для инвертора напряжения, минимизирующего коммутационные потери и распределяющего их между модулями силового преобразователя.

Для снижения коммутационных потерь в инверторе рассчитаны скважности для нескольких возможных способов формирования ШИМ, и выбран тот способ, в котором фаза с наибольшим значением протекающего по ней тока не коммутируется. Еще одна возможность данного метода — управление тепловым режимом IGBT-модулей инвертора. Это особенно важно в тех случаях, когда силовые IGBT-модули установлены на общем радиаторе. Для трехфазного преобразователя данная конфигурация предполагает неодинаковые термические условия для модулей. Чтобы избежать перегрева конкретного IGBT-модуля, предложен алгоритм, позволяющий перераспределять потери между модулями. Поскольку сложно установить точную математическую зависимость между желаемым поведением и управляемыми параметрами, то использован метод прогнозирования. Проведен предварительный расчет прогнозируемых общих потерь для каждого возможного способа ШИМ, определена функция цели, учитывающая несколько изменяемых параметров. Меняя весовые коэффициенты функции цели, можно задавать различные режимы работы системы. Проанализированы три режима, определяемые тремя конфигурациями функции цели. Первая функция цели позволяет выбрать тот способ ШИМ, при котором общие потери в системе минимальны. Вторая функция цели обеспечивает расчет минимальных потерь в самой нагретой стойке инвертора. Третья функция цели представляет собой сочетание первых двух и одновременно снижает общие потери системы и потери в самом нагретом модуле. Действие каждой из трех целевых функций и стандартной векторной ШИМ протестировано на тепловой модели радиатора. Представленные результаты моделирования показывают, что первая функция цели помогает снизить общие потери в системе относительно стандартной векторной ШИМ, вторая функция снижает потери в одной фазе, в то время как температура в остальных стойках растет, самой же эффективной оказалась третья целевая функция, с помощью которой были достигнуты минимальные потери в системе и уменьшенная температура самого нагретого модуля.