Jednofazowy, trójkomórkowy przekształtnik AC/DC z sinusoidalnym prądem linii zasilającej (część 2)

Transkrypt

1 Staniław PIRÓG 1, Marcin BASZYŃSKI 1 Akademia Górniczo- Hutnicza, Katedra Automatyki Napędu i Urządzeń Przemyłowych (1) Jednofazowy, trójkomórkowy przekztałtnik AC/DC z inuoidalnym prądem linii zailającej (część ) Strezczenie. W artykule omówiono zaadę działania przekztałtników wielokomórkowych oraz problem: poprawnego doboru parametrów układu balanującego, doboru pojemności kondenatorów wewnętrznych oraz wyjściowych przekztałtnika, oddziaływanie urządzenia na linie zailającą (wpółczynnik mocy), wpływ nagłych zmian napięcia zailającego (zapadu napięcia) na napięcia na kondenatorach, modelowania przekztałtnika energoelektronicznego w układzie FPGA. W pracy przedtawiono także wyniki zarejetrowane w zrealizowanym tanowiku laboratoryjnym. Abtract. In the paper the problem of proper election of the balancing circuit parameter, election of the output and the internal capacitor capacitance, influence of the converter to the AC ource (power factor), influence of the voltage collape to the voltage of the capacitor and FPGAbaed modelling of the converter were dicued. Thi paper preent alo the practical reult of operation of the multicell AC/DC converter with FPGA control. (Single phae, three cell AC/DC converter with inuoidal current ource) Słowa kluczowe: Przekztałtnik wielopoziomowy, przekztałtnik wielokomórkowy, FPGA. Keyword: Multi level converter, multicell converter, FPGA. Wpływ kokowych zmian napięcia zailania na wartości napięć na kondenatorach wewnętrznych przekztałtnika Z równania (15) wynika, że wartości napięć na pozczególnych kondenatorach ą uzależnione od wartości napięcia wyjściowego przekztałtnika (napięcia na kondenatorach C PF oraz C NF ) i nie zależą bezpośrednio od napięcia zailania. Wytąpienie zapadu napięcia na linii zailającej nie powoduje natychmiatowej zmiany napięcia wyjściowego (u CPF i u CNF ), a tym amym zmiany napięć na kondenatorach wewnętrznych. W przypadku pojawienia ię zapadu napięcia układ regulacji doprowadzi do zwiękzenia wartości prądu źródła tak, aby dotarczyć wytarczającą energię do kondenatorów wyjściowych i utrzymać na nich wymaganą wartość napięcia. Na ryunku 9 przedtawiono przebiegi napięć kondenatorów gałęzi P przekztałtnika oraz napięcia linii zailającej przy wytąpieniu zapadu napięcia. W trakcie jego trwania amplituda zmalała z 35V do 47V. 10m Ry. 9. Przebiegi napięć na kondenatorach wewnętrznych przekztałtnika gałęzi P oraz napięcie linii zailającej (u ) przy kokowej zmianie napięcia zailania, zapadzie napięcia. Wyniki ymulacyjne wykonanie w układzie FPGA. Na przedtawionych przebiegach nie zotał zaoberwowany wpływ zmiany napięcia zailania na napięcia na kondenatorach, co oznacza, że układ regulacji zareagował poprawie na wytępujący zapad napięcia i utrzymał zadaną wartość napięcia na kondenatorach wyjściowych. Dobór elementów obwodu balanującego Do formułowania kryteriów doboru elementów obwodu balanującego połużono ię badaniami ymulacyjnymi ponieważ nie udało ię wyznaczyć algebraicznego równania opiującego przebieg prądu balanującego bez u CP 100V/div u CP1 100V/div u 160V/div przyjmowania uprozczeń zakłamujących rzeczywite warunki pracy obwodu balanującego. Wynika to z tego, iż na przebieg prądu balanującego wpływa wiele czynników np. cza przewodzenia łączników (w opiywanym przekztałtniku cza ten jet zmienny), napięcia na pozczególnych kondenatorach, które zmieniają ię w wyniku przepływu przez nie prądu balanującego, rezytancja łączników, indukcyjności paożytnicze itp.. Symulacyjnie zotały przebadane przypadki, które mogą pojawić ię w rzeczywitym układzie i powodować zmiany napięcia na kondenatorach: - napięcie na kondenatorze wewnętrznym gwałtownie zmieniło ię, ytuacja taka może być wynikiem nagłej zmiany wartości prądu odbiornika (załączenie odbiornika lub zmiana jego parametrów np. momentu obciążającego ilnik), która powoduje zmianę prądu linii zailającej przepływającego przez kondenatory. - jeden z kondenatorów charakteryzuje ię zwiękzoną (w odnieieniu do pozotałych kondenatorów) upływnością. W ymulacji przyjęto dołączony równolegle do kondenatora opór o rezytancji 5kΩ. Przyjęta rezytancja jet kilkukrotnie mniejza niż wynikająca ze tratności deklarowanej przez producenta kondenatorów zatoowanych w tanowiku laboratoryjnym. Do utrzymania tałego podziału napięć na kondenatorach wewnętrznych przekztałtnika wykorzytywany jet układ rezonanowy R b L b C b pobudzany do drgań przez kładową zmienną napięcia wyjściowego o czętotliwości impulowania pojedynczej komórki (ry. 5). Składowa o tej czętotliwości pojawia ię, gdy napięcie na którymkolwiek z kondenatorów różni ię od wymaganego równaniem (15). Czętotliwość rezonanowa układu balanującego (zeregowego układu ocylacyjnego R b L b C b ) powinna być równa czętotliwości impulowania pojedynczej komórki tak, aby impedancja obwodu R b L b C b dla tej kładowej była jak najmniejza. Impedancja obwodu balanującego (Z b ) jet wyrażona równaniem: (31) Z b R (3) ω πf u 1 b + ω Lb ωcb gdzie f u czętotliwość kładowej zmiennej napięcia wejściowego. PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN , R. 85 NR 4/

2 Można wykazać że ektremalną (minimalna) wartość impedancji obwodu balanującego uzykuje ię dla ω ω o, czyli dla: 1 (33) ω L b C b Przyrot (zmniejzenie) impedancji obwodu balanującego powodowane zmianą pulacji kładowej zmiennej napięcia wejściowego, w tounku do pulacji włanej obwodu R b L b C b, będzie więkzy dla układu o więkzej wartości impedancji falowej. Ma to zczególne znaczenie w otoczeniu punktu ektremum charakterytyki. Impedancja obwodu balanującego, przy pulacji kładowej zmiennej napięcia wejściowego zgodnej z (33) jet równa rezytancji R b. W przypadku, gdy czętotliwość kładowej zmiennej tego napięcia ma wartość więkzą (przy poprawnym rozkładzie napięć na kondenatorach ta kładowa ma trzykrotnie więkzą czętotliwość niż czętotliwość impulowania pojedynczej komórki, w przekztałtniku trójkomórkowym) impedancja układu rezonanowego powinna mieć dużą wartość, aby ograniczyć wartości prądu balanującego. Wynika z tego, że aby zapewnić poprawną pracę obwodu balanującego należy tak dobrać jego parametry, by jego impedancja dla kładowej o czętotliwości impulowania pojedynczej komórki była minimalna i znacznie więkza dla czętotliwości potrójnej. Warunek ten może być pełniony przez zwiękzanie impedancji falowej obwodu balanującego. W tanie rezonanu pełnione jet równanie: UC U L ρ (34) b b Q Uin Uin R b gdzie: Q dobroć układu [4]. Z równania (34) wynika, że w tanie rezonanu napięcie na kondenatorze jet więkze niż napięcie przyłożone (ponieważ R b < ρ). Stąd dobroć Q wkazuje ile razy napięcie na indukcyjności lub na pojemności ma wartość więkzą od napięcia na zacikach obwodu. Jet ona, zatem miarą krotności napięcia wytępującego w obwodzie. Jak wynika z równania (34) górna granica impedancji falowej narzucona jet dopuzczalnym napięciem elementów (kondenatora), z których wykonany jet obwód balanujący i ma uzaadnienie ekonomiczne. Użycie kondenatora o wyżzym dopuzczalnym napięciu roboczym zwiękza kozty urządzenia. Na ryunku 10 przedtawiono charakterytyki obrazujące procentowy udział harmonicznej podtawowej (I b (h 1 ) f(ρ) ry. 10a) oraz 3. harmonicznej (I b (h 3 ) f(ρ) ry. 10b) w kutecznej wartości prądu balanującego w funkcji impedancji falowej obwodu balanującego. Z przedtawionych charakterytyk wynika że przy zwiękzaniu impedancji falowej obwodu balanującego zwiękza ię udział podtawowej harmonicznej w prądzie balanującym przy jednoczenym zmniejzeniu zawartości harmonicznej 3. Zwiękzanie udziału harmonicznej podtawowej w prądzie balanującym jet korzytne, ponieważ powoduje zmniejzenie udziału harmonicznych parzytych, które mogą uczetniczyć w wymianie energii pomiędzy kondenatorami oraz powodować ocylacje napięcia na kondenatorach. Zmniejzenie udziału 3. harmonicznej (i jej wielokrotności) w prądzie balanującym ogranicza jedynie traty mocy na rezytancji obwodu balanującego R b, nie wpływa natomiat na przebiegi napięć (za okre impulowania) na kondenatorach wewnętrznych i wyjściowych przekztałtnika (harmoniczna 3. i jej wielokrotność nie uczetniczy w wymianie energii pomiędzy kondenatorami (7) (8)). Ry. 10. Charakterytyki przedtawiające procentowy udział harmonicznej podtawowej a) oraz 3. harmonicznej b) w kutecznej wartości prądu balanującego w funkcji impedancji falowej obwodu balanującego Z przedtawionych rozważań wynika, że korzytne jet zwiękzanie impedancji falowej układu balanującego, ponieważ powoduje to zwiękzanie impedancji układu dla harmonicznej o czętotliwości trzykrotnie więkzej niż czętotliwość impulowania pojedynczej komórki, natomiat impedancja obwodu dla harmonicznej podtawowej jet równa rezytancji R b. Zwiękzane impedancji falowej jet ograniczone przez dobroć układu rezonanowego i makymalną dopuzczalną wartość napięcia na kondenatorach obwodu balanującego. W realizacji praktycznej użyto kondenatorów o makymalnej wartości napięcia U max 3000V, zczytowa wartość kładowej zmiennej napięcia wyjściowego U k 150V tąd dobroć układu Q 0. Znając dopuzczalną dobroć z równania (34) można wyznaczyć graniczną impedancję falową. Dla opianego przypadku impedancja falowa ma wartość ρ 50Ω. (35) % 3. h % 1.h 1 fi π LbC Lb ρ Cb Korzytając z układu równań (35) wyliczono parametry obwodu balanującego zatoowanego w rzeczywitym przekztałtniku L b 954,9µH (uwzględniając dotępne dławiki przyjęto otatecznie L b 1mH) i C b 381,9nF (C b 347nF). Rezytancję przyjęto zgodnie z 40 R b 0,34Ω. Na ryunku 11 i 1 przedtawiono przebiegi obrazujące kutek działania obwodu balanującego (dobranego w przykładzie) przy nagłej zmianie napięć na kondenatorach wewnętrznych gałęzi P oraz zwiękzonej upływności kondenatora C P. Z przedtawionych ocylogramów (ry. 11 i ry. 1) wynika, że obwód balanujący utrzymuje poprawny rozkład napięć na kondenatorach. b PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN , R. 85 NR 4/

3 Ry. 11. Przebiegi napięć na kondenatorach gałęzi P (u CP, u CP ), prądu balanującego i b oraz napięcia wejściowego przekztałtnika u in wyznaczone przy jednoczenej zmianie napięcia na kondenatorach C P i C P1 Przebiegi ymulacyjne wyznaczone przez użyciu modelu realizowanego w FPGA 5m Ry. 1. Przebiegi napięć na kondenatorach gałęzi P (u CP, u CP ), prądu balanującego i b oraz napięcia wejściowego przekztałtnika u in wyznaczone przy zwiękzonej upływności kondenatorach C P u CP 70V/div u CP1 70V/div i b 1,6A/div u in 410V/div Na ryunku 13a przedtawiono przebiegi impulów tworzących funkcję kierunkową dla kondenatora, do którego dołączono rezytor (C P ). Impul dla tranzytora S P3P przypada na dodatnią część prądu balanującego natomiat impul S PP (ujemna część funkcji kierunkowej) pokrywa ię z ujemnymi wartościami prądu (i b ). Na ryunku 13b przedtawiono przebiegi zarejetrowane dla kondenatora C P1, obie części funkcji kierunkowej, dodatnia i ujemna przypadają na ujemne wartości prądu balanującego. Jeśli wzytkie kładniki iloczynu (4) mają wartości ujemne, to energia jet dotarczana do kondenatora. Gdy funkcja kierunkowa zmienia wój znak, prąd balanujący pozotaje ujemny, a energia jet odbierana z kondenatora, dlatego średnia wartość energii za okre (T i ) jet w przybliżeniu zero. W trakcie ekperymentu mierzone były wartości napięć na wzytkich kondenatorach wewnętrznych. Uzykane wyniki były zgodne z teoretycznym rozkładem napięć. Zmierzone wartość odpowiada podziałowi opianemu równaniem (15), czętotliwość prądu balanującego była równa czętotliwość impulowania pojedynczej komórki (ry. 13). W przypadku, gdy kondenatory ą poprawnie naładowane prąd balanujący ma czętotliwość równa 3f i i nie wpływa na średnią wartość napięcia na kondenatorach [8], [9]. Na ryunku 14 przedtawiono przebiegi prądu balanującego oraz impulów terujących tranzytorami gałęzi N protownika. Kondenatory w tej gałęzi były poprawnie naładowane (nie zwiękzono ich upływności), dlatego w prądzie balanującym nie wytąpiła kładowa o czętotliwości impulowania pojedynczej komórki (f i ), obecna jet jedynie kładowa o czętotliwości 3f i (nie wpływająca na wartość napięcia na kondenatorach). Badania układu balanującego w tanowiku laboratoryjnym Rozważania teoretyczne zotały prawdzone w rzeczywitym przekztałtniku. Do kondenatora C P zotał dołączony rezytor o rezytancji 5kΩ. Oberwowana była średnia wartość napięcia obu kondenatorów gałęzi P. Zotały także zarejetrowane przebiegi impulów terujących tranzytorów S P3P, S PP, S P1P prąd balanujący oraz prąd odbiornika (ry13). Ry. 14. Prąd balanujący (i b ), impuly terujące pracą łączników grupy N. Ry. 13. Prąd balanujący (i b ), impuly terujące pracą łączników oraz funkcję kierunkową wyznaczoną dla a) kondenatora C P, b) kondenatora C P1. Układ regulacji Na ryunku 15 przedtawiono chemat ideowy układu regulacji trójkomórkowego, jednofazowego protownika. Celem układu terowania jet tabilizacja napięcia wyjściowego, na kondenatorach wyjściowych gałęzi P i N (u out u CPF + u CNF ). Na ryunku 15 zaciemnione pola reprezentują ograniczenia. W przypadku części całkującej ograniczenie jet częścią kładową integratora, nie pozwalającą na zliczanie, jeśli wartość całki oiągnie zakładany makymalny poziom. Oobne ograniczenie znajduje ię na wyjściu regulatora i nie dopuzcza do oiągnięciu wartości niemożliwych do zrealizowana przez obwód terowania. Jet to ograniczenie wynikające z zakreu pola operacyjnego generatorów PWM. Napięcie wyjściowe przekztałtnika (u out ) jet umą napięć na kondenatorach wyjściowych, w przypadku, gdy obciążenie tych kondenatorów jet nieymetryczne (inne dla gałęzi P i N ) rozkład napięć na kondenatorach może być różny, U CPF U CNF, przy poprawnej realizacji wartości napięcia wyjściowego. Aby zabezpieczyć układ przed takim przypadkiem do umatora w regulatorze prądu PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN , R. 85 NR 4/

4 wprowadzany jet ygnał proporcjonalny do różnicy napięcia na kondenatorach. Pojawienie ię różnicy napięć na kondenatorach kutkuje wprowadzeniem do ygnału wyjściowego regulatora prądu kładowej tałej kompenującej nierównomierny rozkład napięcia na kondenatorach. K1 T Ry. 15. Schemat układu regulacji trójkomórkowego protownika. Na ryunku 16 przedtawiono przebiegi (zarejetrowanie w rzeczywitym układzie) obrazujące zachowanie układu przy kokowej zmianie parametrów odbiornika. W wyniku zwiękzania prądu odbiornika układ regulacji doprowadził do zwiękzenia prądu linii zailającej tak, aby utrzymać tałą wartość napięcia na kondenatorach wyjściowych (u CPF, u CNF ). W przekztałtniku użyty zotał regulator napięcia o trukturze proporcjonalnej (element inercyjny pierwzego rzędu), regulator tego typu pracuje ze tałym uchybem tatycznym (widocznym na ryunku 16). Uchyb tatyczny w prezentowanym przypadku wynoił 15V, co tanowiło 3,6% napięcia zadawanego. Dla ryunku 18b prąd linii zailania ma charakter indukcyjny (co 1), natomiat dla ryunku 18c prąd źródła ma charakter pojemnościowy (co 1). Wykrey z ryunków 18d i 18e zotały wyznaczone dla praca falownikowej przekztałtnika (zwrotu energii do linii zailającej). Z przedtawionych wykreów wkazowych wynika, iż kztałtując przebieg napięcia wejściowego przekztałtnika [9][10] (u in ) można wpływać charakter prądu linii zailającej (co). 50m u CPF;u CNF 100V/div Ry. 18. Wykrey wkazowe wykonane dla różnych parametrów wektora napięcia wejściowego U in Ry. 16. Przebiegi napięcia kondenatorów wyjściowych (u CPF,u CNF ) oraz prądu linii zailającej (i ). Zachowanie każdego przekztałtnika energoelektronicznego jet uzależnione doboru parametrów regulatora. Celem tej pracy nie było optymalizowanie parametrów regulatora, dlatego ten problem nie jet omawiany. Wejściowe przeunięcie fazowe (co) Na ryunku 17 przedtawiono poób podłączenia przekztałtnika do linii zailającej. U m in( ωt) Ry. 17. Połączenie przekztałtnika do ieci zailającej. i 5A/div Na ryunku 18 przedtawiono wykrey wkazowe wykonanie dla kilku różnych parametrów wektora napięcia wejściowego przekztałtnika. Ryunek 18a przedtawia przypadek, w którym prąd źródła jet wpółfazowy z napięciem zailania (co 1). Nadrzędnym celem przekztałtnika jet praca protownicza, dlatego wartość możliwej do kompenacji mocy biernej jet determinowana przez bilan mocy pozornej układu: (36) S U I Pout + gdzie: P out moc czynna odbiornika po tronie napięcia tałego. Z (36) wynika, że przeunięcie fazowe pomiędzy prądem a napięciem linii zailającej powoduje zwiękzenie kutecznej wartości prądu źródła. Makymalna wartość tego prądu jet definiowana przez ograniczenia regulatora napięcia, tąd znając wartość makymalną prądu źródła (I max ) można wyznaczyć graniczne przeunięcie fazowe ( g ) pomiędzy prądem i napięciem linii zailającej, które nie powoduje obniżenia wartości napięcia wyjściowego i nie zmniejzy mocy czynnej przekztałtnika poniżej wymaganej przez odbiornik: U (37) I g arcco max Pout Z (36) można wyznaczyć makymalną wartość mocy biernej kompenowanej przez przekztałtnik: Q S P (38) max max max ( max ) max U I Q P PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN , R. 85 NR 4/

5 Na ryunku 19 i przedtawiono przebiegi ymulacyjne napięcia na kondenatorach wyjściowych (u CPF, u CNF ) prąd (i ) oraz napięcie (u ) linii zailającej wyznaczone dla dwóch wartości przeunięcia fazowego a) π/6 b) π/3. W obu przypadkach prąd ma charakter indukcyjny. Z przyjętych parametrów ymulacji oraz (37) i (38) wyznaczono graniczną wartość kąta przeunięcia fazowego g 46 0 oraz makymalną moc bierną Q max 1,169kVA. a) u CPF 05V/div -u CNF 05V/div modulowania napięcia wejściowego przy zerowych napięciach na kondenatorach powoduje przepływ prądu balanującego o dużej wartości oraz pojawienie ię pełnego napięcia zailania na łącznikach komórki o numerze m 1. Aby zabezpieczyć układ przed niekontrolowanym wzrotem prądu źródła, dużą amplitudą prądu balanującego oraz przekroczeniem dopuzczalnych napięć na łącznikach w trakcie tartu układu niezbędna jet procedura wtępnego ładowania kondenatorów [8], [9], [10], [14]. Na ryunku 0 przedtawiono chemat obwodu mocy umożliwiającego bezpieczne naładowanie kondenatorów do wymaganego poziomu. i 10A/div 5m u 410V/div b) u CPF 05V/div -u CNF 05V/div i 10A/div Ry. 0. Schemat obwodu mocy trójkomórkowego protownika umożliwiającego wtępne ładowanie kondenatorów. 5m u 410V/div Ry. 19. Przebiegi napięć kondenatorów wyjściowych, prądu źródła (o charakterze indukcyjnym) oraz napięcia zailania wyznaczone dla przeunięcia fazowego a) π/6 b) π/3. Przebiegi ymulacyjne uzykane z układu FPGA. Dla kąta π/6 (< g ) ryunek 19a układ poprawnie realizuje zadaną wartość napięcia wyjściowego. Napięcie na kondenatorach wyjściowych (u CPF, u CNF ) jet równe wartości zadanej 410V. Prąd źródła jet inuoidalny i przeunięty względem napięcia zailania o zadany kąt. W przypadku kąta π/3 (> g ) ryunek 19b i układ nie może dotarczyć wytarczającej mocy czynnej, co powoduje obniżenie wartości napięcia wyjściowego. Napięcie na kondenatorach wyjściowych (u CPF, u CNF ) jet różne od wartości zadanej 410V. Prąd źródła jet inuoidalny i przeunięty względem napięcia zailania o zadany kąt. Oobnym problemem, nieporuzonym w tej pracy, jet poób wygenerowania funkcji in(ωt- ) określającej wartość mocy biernej kompenowanej przez przekztałtnik. Na podtawie [9] można zdefiniować algorytm generujący tą funkcję. Trójkomórkowy protownik jednofazowy rozruch przekztałtnika Zaada działania przekztałtników wielokomórkowych opiera ię na założeniu poprawnego rozkładu napięć na kondenatorach [1], [3], [8], [9], [11], [1], [14] zgodnego z równaniem (15) (dla przekztałtnika 3 komórkowego). Jeśli napięcia ą różne od wartości wymaganych wówcza przez kondenatory przepływa prąd balanujący wyrównujący napięcia kondenatorów. W czaie zmiany napięcia na kondenatorach na rozwartych łącznikach mogą zotać przekroczone wartości napięć opiane równaniami (15), co może doprowadzić do ich uzkodzenia. W momencie załączenia przekztałtnika napięcia na wzytkich kondenatorach ą równe zero. Rozpoczęcie Ry. 1. Ocylogramy zarejetrowane (w tanowiku laboratoryjnym) w trakcie procedury rozruchu przekztałtnika przedtawiające napięcia na kondenatorach. Procedura bezpiecznego ładowania kondenatorów rozpoczyna ię w momencie wykrycia przez układ terowania zamknięcia tycznika ST 1 (tycznik podłączający przekztałtnik do źródła zailania). Pozotałe tyczniki ST (załączające odbiornik) oraz ST 3 (zwierający rezytor rozruchowy) ą rozwarte. Aby umożliwić ładowanie, zapewnić drogę przepływu prądu przez kondenatory wewnętrzne C P1, C P, C N1, C N zwarte zotają łączniki S PN, S NP, S P3N, S N3P pozotałe łączniki pozotają rozwarte. W takim tanie łączników ładowanie ą wzytkie kondenatory, prąd źródła jet ograniczany przez rezytor R d. W momencie, gdy układ terowania wykryje, że napięcia na kondenatorach wyjściowych C PF i C NF oiągną wartość 1/3 amplitudy napięcia źródła u rozwarte zotają łączniki S PN, S NP. Po otwarciu tych łączników ładowane ą kondenatory C P, C N, C PF, C NF. Proce ten trwa do momentu oiągnięcia na kondenatorach napięcia równego /3 amplitudy napięcia źródła (u ). Wówcza rozwarte zotają łączniki S P3N, S N3P i ładowane ą tylko kondenatory wyjściowe. Po oiągnięciu na kondenatorach C PF i C NF poziomu napięć blikich amplitudzie napięcia źródła (np. 0,95U Smax ) zwierany jet rezytor rozruchowy R d przez tycznik ST 3, a układ terowania rozpoczyna impulowanie (tycznik ST pozotaje rozwarty). Ponieważ kondenatory mają PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN , R. 85 NR 4/009 10

6 poprawny rozkład napięć rozpoczęcie impulowania nie kutkuje przepływem prądu balanującego o dużej wartości. W momencie wykrycia, że napięcia kondenatorów wyjściowych ą równe napięciu zadawanemu procedura ładowania jet zakończona i załączany jet odbiornik (zwarty zotaje tycznik ST ). Na ryunku 1 przedtawiono ocylogramy zarejetrowane w trakcie rozruchu przekztałtnika. Trójkomórkowy protownik jednofazowy- tanowiko laboratoryjne Na ryunku przedtawiono zdjęcie obwodu mocy oraz układu terowania rzeczywitego protownika wielokomórkowego. Ry.. Zdjęcie układu terowania wraz z obwodem mocy Cały algorytm terowania (regulatory, zabezpieczenia, generatory przebiegu PWM) zotał implementowany w jednym elemencie FPGA. Do tego celu zotał wybrany układ firmy Altera rodziny Cyclone II o ymbolu EPC8F56C8 (zawierający 856 elementów logicznych, 36 dziewięcio bitowych mnożarkach przętowych, bitach pamięci wewnętrznej oraz 56 wyprowadzeniach). Układ ten zotał wybrany po badaniach ymulacyjnych i wyznaczeniu pojemności elementu FPGA niezbędnej do implementacji algorytmu terowania. Podumowanie W artykule omówiono, na przykładzie układu DC/DC zaadę działania przekztałtników wielokomórkowych. Przedtawiono metodę utrzymania tałego podziału napięć na kondenatorach wewnętrznych (układ balanujący). Wykazano że dla przekztałtników o parzytej liczbie komórek obwód balanujący nie utrzymuje wymaganego rozkładu napięć na kondenatorach. W części poświęconej przekztałtnikowi AC/DC zczegółowo przedtawiono pozczególne elementy kładowe układu (np. kondenatory wyjściowe, układ balanujący itp.) oraz przedtawiono kryteria ich doboru. W artykule omówiono także oddziaływanie układu na ieć zailającą (co). LITERATURA [1] B a z yń ki M., Mondz ik A., Wielokomórkowy falownik napięcia oparty o trukturę przekztałtnika DC/DC. Przegląd elektrotechniczny nr. 6/007, [] B a zyń ki M., Stala R., Metody analizy układów energoelektronicznych implementowanych w FPGA. VIII Konferencja Naukowa Sterowanie w Energoelektronice i Napędzie Elektrycznym SENE 007, (007), [3] B a zyń ki M., Modelowanie przekztałtnika DC/AC z wykorzytaniem FPGA. VIII Konferencja Naukowa Sterowanie w Energoelektronice i Napędzie Elektrycznym SENE 007, (007), [4] B o lkow ki S., Teoria obwodów elektrycznych. Wydawnictwa Naukowo- Techniczne 1995 (ISBN ). [5] Citko T., Bogdana A., Protownik diodowy z kztałtowanym inuoidalnym prądem wejściowym. Przegląd Elektrotechniczny (005) nr. 01/005, [6] Grad M., Wielokomórkowy impulowy regulator napięcia przemiennego. Przegląd Elektrotechniczny nr. 0/007, tr [7] H a r t m a n M., T., Wielopoziomowe falowniki napięcia. Wydawnictwa Fundacja Rozwoju Akademii Morkiej w Gdyni. (ISSN ) [8] Khajehoddin S.A., Ghaiari J., Bakhhai A., Jain R. K., A Novel Modeling and Analyi of Capacitor-Clamped Multilevel Converter. Power Electronic Specialit Conference, 006. PESC '06. 37th IEEE 18- June 006 Page():1 5. [9] Lewicki A., Krzemińki Z., Strategia terowania falownikiem napięcia bez czaów martwych. Przegląd Elektrotechniczny nr. 10/004, [10] L e wicki A., Krz emińki Z., Zoiuk B., Do kładne generowanie wektora napięcia wyjściowego w falowniku napięcia z modulacją zerokości impulów. Przegląd Elektrotechniczny nr. 10/006, [11] P i r ó g S., Przekztałtniki wielokomórkowe, Przegląd elektrotechniczny, (003), nr 9, [1] P i r ó g S., Energoelektronika. Układy o komutacji ieciowej i komutacji twardej, WND AGH- Kraków 006 (ISBN ). [13] Piróg S., Bazyń ki M., Czekońki J., Gąiorek S., Mondzik A., Penczek A., Stala R., Multicell DC/DC Converter with DSP/CPLD Control. Practical Reult. EPE-PEMC 006 1th International Power Electronic and Motion Control Conference. Portoroz Slovenia Augut 30- September Materiały konferencyjne. [14] Piróg S., Bazyń ki M., Modelling of the Single Phae Multicell DC/AC Inverter Uing FPGA. Przegląd Elektrotechniczny. (008), n, [15] Piróg S., Bazyń ki M., Czekońki J., Gąiorek S., Mondzik A., Stala R., Wielokomórkowy falownik napięcia. Realizacja praktyczna. Przegląd Elektrotechniczny. (008), n 4, [16] Siriukpraert, S., Jih-Sheng L., Tialrhua L., A novel cacaded multilevel converter drive ytem with minimum number of eparated DC ource. Power Electronic Specialit Conference, 001. PESC. 001 IEEE 3nd Annual Volume 3, 17-1 June 001 Page(): vol. 3. [17] Sneineh A., Wang M., Tian K., A New Topology of Capacitor-Clamp Cacade Multilevel Converter. Power Electronic and Motion Control Conference, 006. IPEMC '06. CES/IEEE 5th International. Volume, Aug. 006 Page(): 1 5. [18] Sneineh A., Wang M., Tian K., A Hybrid Capacitor- Clamp Cacade Multilevel Converter. IEEE Indutrial Electronic, IECON 006-3nd Annual Conference on Nov. 006 Page(): [19] Strzlecki R., Wojciechowki, D., Adamowicz M., Wilk A., Maoń I., Trójpoziomowy falownik typu Z-NPC. Przegląd Elektrotechniczny. (006), n 10, [0] Stala R., Penczek A., Bazyń ki M., Realizacja praktyczna układu terowania dla wielokomórkowego przekztałtnika DC/DC, VII Konferencja Naukowa Sterowanie w Energoelektronice i Napędzie Elektrycznym SENE 005, (005), Autorzy: prof. dr hab. inż. Staniław Piróg, Akademia Górniczo Hutnicza, Katedra Automatyki Napędu i Urządzeń Przemyłowych, Kraków , al. Mickiewicza 30, pirog@agh.edu.pl dr inż. Marcin Bazyńki, Akademia Górniczo Hutnicza, Katedra Automatyki Napędu i Urządzeń Przemyłowych, Kraków , al. Mickiewicza 30, mbazyn@agh.edu.pl PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN , R. 85 NR 4/009 11