Удосконалення математичної моделі однофазного напівмостового інвертора у змінних стану

Автор(и)

  • Sviatoslav Vasylets Національний університет водного господарства та природокористування вул. Соборна, 11, м. Рівне, Україна, 33028, Україна https://orcid.org/0000-0003-1299-8026
  • Kateryna Vasylets Національний університет водного господарства та природокористування вул. Соборна, 11, м. Рівне, Україна, 33028, Україна https://orcid.org/0000-0002-7590-0754

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.139853

Ключові слова:

паразитні ємності, широтно-імпульсна модуляція, матриця головних перетинів, змінні стану, дерево графа, топологічні рівняння

Анотація

Удосконалена математична модель біполярного транзистора з ізольованим затвором за рахунок встановлення аналітичних виразів для динамічних паразитних ємностей приладу. Вирази знайдені шляхом аналітичного диференціювання функцій, які апроксимують залежності паразитних ємностей транзистора від напруги між колектором та емітером. Запропонована методика формування математичної моделі IGBT інвертора напруги у вигляді матричних диференційних рівнянь стану в формі Коші та нелінійних рівнянь зв’язку. Обмеження на кількість транзисторів та конфігурацію схеми відсутні. Методика базується на матрично-топологічному методі аналізу електричних кіл. Застосування методики проілюстровано на прикладі однофазного напівмостового інвертора з активним навантаженням. Актуальність удосконалення математичної моделі IGBT інвертора викликана необхідністю аналізу електробезпеки стану кола змінної частоти між частотним перетворювачів та двигуном. Відомі моделі частотно-керованих електроприводів не враховують ряд факторів, які суттєво впливають на точність моделювання. До таких факторів відносяться динамічний характер паразитних ємностей IGBT та відключення однієї з фаз машини від мережі на час безструмової паузи при перемиканні суміжних силових ключів інвертора. Отримана математична модель відрізняється від відомих удосконаленим представлення нелінійними диференційними рівняннями окремих елементів та врахуванням взаємних впливів. Запропонований підхід дозволяє досліджувати високочастотні перехідні складові струмів та напруг в електротехнічних системах з напівпровідниковими перетворювачами. Це спрощує врахування в моделі процесів перезаряду ємностей IGBT під час безструмової паузи при комутації суміжних ключів. Виявлені особливості перехідних процесів комутації ключів IGBT інвертора, зокрема, встановлено суттєве, більше ніж удвічі, перевищення струмом транзистора, що відкривається, робочого рівня наприкінці процесу комутації

Біографії авторів

Sviatoslav Vasylets, Національний університет водного господарства та природокористування вул. Соборна, 11, м. Рівне, Україна, 33028

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра автоматизації, електротехнічних та комп’ютерно-інтегрованих технологій

Kateryna Vasylets, Національний університет водного господарства та природокористування вул. Соборна, 11, м. Рівне, Україна, 33028

Асистент

Кафедра автоматизації, електротехнічних та комп’ютерно-інтегрованих технологій

Посилання

  1. Ning, P., Meng, J., Wen, X. (2015). A Finite Differential Method based IGBT model in PSPICE. 2015 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC). doi: https://doi.org/10.1109/apec.2015.7104482
  2. Zhang, F., Yang, X., Huang, L., Wang, K., Xu, G., Li, Y., Xie, R. (2017). A fixed topology Thévenin equivalent integral model for modular multilevel converters. International Transactions on Electrical Energy Systems, 28 (3), e2496. doi: https://doi.org/10.1002/etep.2496
  3. Chen, Y., Zhuo, F. (2016). Research on current sharing of paralleled IGBTs in different DC breaker circuit topologies. MATEC Web of Conferences, 63, 01010. doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/20166301010
  4. Denz, P., Schmitt, T., Andres, M. (2014). Behavioral Modeling of Power Semiconductors in Modelica. Proceedings of the 10th International Modelica Conference, March 10-12, 2014, Lund, Sweden. doi: https://doi.org/10.3384/ecp14096343
  5. Grigorova, T. G., Asparuhova, K. K. (2014). Unified method for behavioral modeling of IGBT. Annual journal of electronics, 96–99. Available at: http://ecad.tu-sofia.bg/et/2014/ET2014/AJE_2014/096-C_Grigorova.pdf
  6. Ravi, R., Sunnivesh, S. (2017). Modeling and simulation of highly advanced multilevel inverter for speed control of induction motor. International journal of scientific & technology research, 6 (02), 232–236. Available at: http://www.ijstr.org/final-print/feb2017/Modeling-And-Simulation-Of-Highly-Advanced-Multilevel-Inverter-For-Speed-Control-Of-Induction-Motor.pdf
  7. Marković, N., Bjelić, S., Živanić, J., Milićević, V., Milićević, Z. (2016). Model of Transient Process Where Three-Phase Transducer Feeds Induction Motor Equivalent as a Variable Active-Inductive Load. Mathematical Problems in Engineering, 2016, 1–14. doi: https://doi.org/10.1155/2016/6740261
  8. Kovalev, E. B. (2012). Modelirovanie processa perekhoda asinhronnogo dvigatelya s trekhfaznogo rezhima raboty v odnofazniy. Vzryvozashchishchennoe elektrooborudovanie, 98–107. Available at: http://ea.donntu.edu.ua:8080/jspui/handle/123456789/15647
  9. Czapp, S. (2010). The effect of PWM frequency on the effectiveness of protection against electric shock using residual current devices. 2010 International School on Nonsinusoidal Currents and Compensation. doi: https://doi.org/10.1109/isncc.2010.5524515
  10. Hollander, H. (2013). Modeling of an IGBT and a gate unit: Degree project in Power Electronics. Stockholm: Royal Institute of Technology, 59. Available at: www.diva-portal.org/smash/get/diva2:636261/FULLTEXT01.pdf
  11. Syvokobylenko, V. F., Vasylets, S. V. (2017). Matematychne modeliuvannia perekhidnykh protsesiv v elektrotekhnichnykh kompleksakh shakhtnykh elektrychnykh merezh. Lutsk: Vezha-Druk, 272.
  12. StakPak IGBT Module 5SNA 2000K450300. Data Sheet, Doc. No. 5SYA 1431-01 10-2016 (2016). ABB Switzerland Ltd. Semiconductors, 9.

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-07-31

Як цитувати

Vasylets, S., & Vasylets, K. (2018). Удосконалення математичної моделі однофазного напівмостового інвертора у змінних стану. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(5 (94), 14–21. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.139853

Номер

Том 4 № 5 (94) (2018): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Sviatoslav Vasylets, Kateryna Vasylets

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.