Клацните на блоке FEEDBACK CONTROL правой кнопкой и затем Look under Mask. Увидите что внутри.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла
То, что я и говорил - этот фильтр работает по первому типу - то есть компенсирует все, за исключением тока, который генерируется контроллером звена пост. тока.
В простых словах: Напряжение на конденсаторе АКФ сравнивается с заданным значением (650В). Разница подается на ПИ-контроллер, который выдает амплитуду тока Ism*, необходимого, чтобы поддерживать напряжение на кондере на постоянном уровне. Ism* умножается на сетевое напряжение, чтобы получить синусоидальный активный ток для заряда конденсатора. По сути это активная часть тока,потребляемого нагрузкой из сети. Его компенсировать не надо. Поэтому из этого тока Is* вычитается ток нагрузки Icon. Полученный ток Ic* будет содержать только гармоники и реактивный ток. Это и есть ток, который нужно сгенерировать фильтру.
Дальше стоят два сумматора, которые создают гистерезис, чтобы транзисторы не так часто клацали и компараторы для сравнения заданного тока с током инвертера. Если ток превышает пороговое значение - ключи переключаются. Вот вам и управление инвертером готово.

Перед вами готовая схема однофазного активного фильтра гармоник. Даже работает с первого раза.

Единственное, что это гистерезисное управление инвертером сделано неправильно - там транзисторы клацают где-то на сотнях килогерц. Но уж это Вы можете исправить.

Исправил. Теперь действительно работает. Гистерезис задается в блоке Relay. Чем меньше гистерезис, тем чаще переключаются транзисторы и лучше компенсация.

Спсибо за подробное разъеснение. Теперь вопрос по расчетам, как расчитывается конденсатор фильтра, и выходная индуктивность? И еще че то если ставить в блоке релай значения -1 и +1, не работает (

Все работает, это у меня были проблемы с матлабом(
И еще возник вопрос по расчету Кр и Ки Пи-регулятора

С индуктивностью все просто - если Вы поиграетесь ее размерами, то обнаружите, что чем она больше, тем меньше dI/dT на выходе фильтра и частота переключения IGBT будет падать. Но тут есть предел. Начиная с определенной величины dI/dT будет настолько маленькой, что ток инвертора не будет поспевать за заданным током и соответственно компенсации не будет.
Например в худшем случае, когда сетевое напряжение находится в пике и имеет 324В, а напряжение инвертора равно +650В, напряжение на клемах индуктивности равно 650-324=326В - это минимальное напряжение, которое будет приложено к индуктивности вообще.
dI/dT в этом случае получается по простой формуле: dI/dT=U/L=324/100e-5=324000A/сек. Вроде бы до фига, ан нет. Посчитаем для примера dI/dT простой синусоиды 50-ой гармоники с амплитудой хотя бы 10А - производная A*sin(2pi*F*t) равна A*2pi*F*cos(2pi*f*t). В худшем случае cos равен 1 и мы получаем: 10*2*3.14*50Гц*50(гарм)=157000А/сек.
Вывод прост: при данных значениях индуктивности и напряжения на конденсаторе фильтра мы можем компенсировать 50 гармонику с амплитудой максимум 20А. Дальше либо надо напряжение на конденсаторе увеличивать либо индуктивность уменьшать. То есть тут конкретная зависимость.
Кстати нельзя забывать, что гармоники могут очень интересно накладываться друг на друга. То есть если фазы гармоник совпадают, то результирующие dI/dT будут суммироваться! И может случиться так, что уже определенные комбинации более низких гармоник уже будут превышать возможности фильтра. Мы с этим сталкивались много раз на практике.
Так что надо выбирать копромис.

Ясно, а можно ли как нибудь например посчитать индуктивнось опираясь на максимальную частоту переключения IGBT (допустим максимальная частота 10КГц тогда максимальная индуктивность ХХ Н)?
а как быть с коэффициентами регулятора?

Ну тут немного сложнее. В идеале Кп должно быть равно 0 а Kи как можно меньше, чтобы контроллер не реагировал на всплески или провалы напряжения на конденсаторе изза компенсации гармоник. Но тогда емкость конденсатора должна быть огромна, пока интегратор среагирует и восстановит напряжение на нем.
При ограниченной же емкости основная проблема в том, что напряжение на конденсаторе должно находиться в заданных пределах - не ниже того, что необходимо для нормальной компенсации как я написал постом выше. Тем более не ниже сетевого выпрямленного напряжения - иначе будет неконтролируемый заряд через диоды транзисторов. Максимальное напряжение обычно ограничено макимально допустимым рабочим напряжением конденсаторов или транзисторов, что ниже.
Опять же можете поиграться - если контроллер звена пост. не будет достаточно расторопным, то напряжение на конденсаторе при резком изменении характера нагрузки может прилично просесть или вырости. А реальности это приведет к отключению фильтра схемами защиты от недо/перенапряжения.
Но с другой стороны, если коэфициенты будут большие и контроллер будет компенсировать любое изменение напряжения на конденсаторе, то компенсация гармоник будет очень плохой.
Так что опять компромис.

ПС Судя по опыту и публикациям неплохо в этой области себя зарекомендовали т.н. нелинейные ПИ-контроллеры. Смысл прост - если напряжение на конденсаторе находится в определенных заданных пределах - контроллер слабый и не мешает компенсации. Но если напряжение выходит за пределы, но еще не достигло порогов отключения - воздействие контроллера усиливается во много раз с тем, чтобы вернуть напряжение обратно в пределы. О компенсации гармоник в этом случае не думают - главное, чтобы инвертор не отключился.

А можно ли поробывать такой Нелинейный ПИ-контроллер в Матлабе смоделировать?

В данном примере используется слишком простой гистерезисный принцип управления инвертером - в нем частота переключения транзисторов не постоянна и зависит от индуктивности и установленных токовых порогов переключения. Частота переключения здесь непостоянна. Если бы был ШИМ - было бы проще. А так надо смотреть на среднюю частоту за период и выбирать индуктивность и размеры порогов.
Так что лучше не заморачивайтесь пока. Ведь тут кроется огромный компромис. Сейчас у вас весь ток инвертора(такой красивый пилообразный) идет в сеть. В реальности так нельзя - его надо фильтровать . И вот тут начнется мудрежка с порогами гистерезиса, индуктивностью, частотой и т.д.
Подсказка - алгоритм управления инвертером придется выкинуть сразу. Для начала посмотрите спектр тока инвертера с примера и подумайте каким фильтром его отфильтровать, чтобы еще гармоники компенсировались.


Конечно, проблем быть не должно.

Что то я перерыл столько литературы и нигде не могу найти внятного ответа на вопрос: как расчитать емкость конденсатора? Про "компромис" все понятно, да вот только это на словах можно преподу рассказать, а как же это все оформить в дипломе?
И кстате, насчет расчета пасивного фильтра, я думаю можно поставить LC фильтр настроенный на 3 и 5 гармонику?

А лучше всего наверное поставить полосовой фильтр, только вот понятия не имею как их считать

Попробуйте обосновать так: энергия заряженной емкости должна за период сети обеспечить компенсацию всех гармоник, можно с запасом Кз=2..5. А энергия всех гармоник в периоде (якобы) не должна превышать энергии первой гармоники 50 Гц. Имхо.

График тока инвертера приведен на рисунках.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Здесь красный - заданный ток, который должен сгенерить инвертор.
Голубой - ток в дросселе инвертера
Желтый и розовый - соответственно пороги срабатывания гистерезисного компаратора. В данном случае +-10А
Примечание: индуктивность здесь большая, чтобы лучше ток инвертора было видно

Для описания работы инвертора нужно добавить источник сетевого напряжения со стороны сети. Тогда все очень просто.Схемы инвертора при различных замкнутых ключах:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Источник сетевого напряжения Un включен между дросселем L и другой ногой инвертора.
Конденсатор Cc заряжен до напряжения Uc, которое заведомо выше, чем сетевое напряжение. Прудположим, что конденсатор имеет бесконечно большую емкость и зарядом/разрядом моджно пренебречь
Тогда, если транзисторы VT1 и VT2 открыты а VT3 и VT4 закрыты, то см средние рисунок
В этом случае ток инвертера Iinv может быть задан так: dIinv/dt=(Un-Uc)/Lc. Если Uc выше чем Un то правая часть уравнения будет отрицательной и ток будет уменьшатся (если мы выбрали направление тока от сети к инвертеру.). Это видно на графиках
Если же транзисторы VT3 и VT4 открыты а VT1 и VT2 закрыты, то ситуация противоположная (нижний рисунок)
В этом случае конденсатор подключен задом наперед и dInv/dt=(Un-(-Uc))/Lc=(Un+Uc)/L. То есть dInv/dt будет положительная и ток в дросселе будет увеличиваться.
Это опять же видно из графика. Ток инвертера всегда либо увеличивается либо уменьшается.
Теперь насчет формирования импульсов управления. Как стало понятно этих импульсов нужно всего два, так как VT1 и VT2(VT3 и VT4) должны включаться одновременно. Если же учесть, что они включаются в противофазе, то достаточно всего одного импульса с значениями 0 или 1. При значении 0 VT1 и VT2 должны быть включены а VT3 и VT4 отключены. И наоборот при значении 1 VT3 и VT4 должны быть включены а VT1 и VT2 отключены.
Формирование этого импульса происходит очень просто компаратором с гистерезисом - смотри график. Если ток инвертера превышает заданный ток + гистерезис, компаратор переключается с 1 на 0 и ток в дросселе начинает уменьшатся. Как только он достигнет заданного тока - гистерезис, компаратор переключается с 0 на 1 и ток в инвертер будет возрастать. Далее данный процесс повторяется.

Извините, что текст далеко не художественный, но я думаю достаточно для пояснения.

ПС Кстати на втором рисунке прекрасно видно, чем ограничевается максимальная индуктивность - ток инвертора еле-еле поспевает за заданным током и в течении продолжительного времени инвертор не переключается вообще!

syoma, теперь понятно, поправлю записку. Есть ли еще какие либо замечания по уже написанному?

Я тут почитал диссертацию которую выше выкладывал, там есть расчет коэффициентов регулятора, расчет емкости и ввыходного дроселя инвертора, но что значения полученные по этим формулам никак не подходят для моей модели.

В моей модели емкость 8000мкФ, и не понятно как она посчитано, перепробывал уже кучу разных формул, ничего.....
по расчету коэффициентов регулятора, в диссертации тоже приведен пример расчета, но если свою систему пересчитаю по тому методу, коэффициент Кп получается 1,5.....при таком коэффициенте система ужасно работает...Опытным путем были подобраны коэффициенты Кп=0.32 Ки=0.3, при таких значения THD=0,89%

еще один вапрос, каким образом происходит заряд конденсатора до напряжения в два раза большего чем напряжение источника?

syoma, кстате, такой вопрос, а как получить временную диаграмму работы моего инвертора ? можно ли это в матлабе сделать?

До напряжения 500В(в 3х фазных сетях) (или 325В в однофазных, не важно) конденсатор зарядится через инвертор или через специальную схему предстартового заряда - как в мощных частотниках, чтобы не было больших токов. Принцип ее работы прост - в начальный момент времени инвертер отключен от сети и напряжение на конденсаторе равно 0ю Затем включается предстартовое реле и конденсатор медленно заряжается до выпрямленного сетевого напряжения через резистор и диодный мост. через пару десятков секунд реле отключается и включается главный пускатель, который и подключает инвертор к сети.
Ну а чтобы наглядно получить ответ на след вопрос задайте начальное напряжение на конденсаторе (в его диалоговом окне) например 500В.
А затем поглядите на форму напряжения на нем. Должно получиться как на след рисунке.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Это следствие работы того же контроллера звена пост тока. Когда напряжение слижком низкое он генерирует активный синфазный с напряжением ток, который и заряжает конденсатор.
Вы не в курсе, что таким образом конденсатор можно зарядить до заоблачных напряжений, которые намного больше питающих?

а вот кстате, выше вы мне писалии насчет индуктивности и емкости, что надо искать компромис...тут возник вопрос, могули я как нибудь заранее прикинуть какой максимальный ток инвертору придется компенсироват? ну допустим я смотрю THD схемы без фильтра, примерно считаю максимальный ток с учетом накладывания гармоник (если THD сотреть в виде таблице там пишется градусы). Допустим 3 гаромника 180градусов, далее смотрим 15 гармоника тоже 180 градусов, допустим у нас 3-я гармоника 30% от 1-ой (если первая 10А), следовательно 3 гармоника 3А, а например 15 гармоника 1 А, т.о. сумма 4А. И допустим что эта сумма максимальная нежеле сумма токов в других фазах? Т.е. мне можно расчитывать индуктивность и емкость из расчета что максимальный ток который придется компенсировать будет 4А ?

И еще один вопрос, все по тому же расчету емкости и дросселя: в прекрепленном файле вырезки из диссертации, формулы для расчета L и C. Не как не могу понять, что там за параметры взяты, и где мне их у себя посмотреть

Ну в 3.3.3 уже есть ошибка в том, что т.н Driving Voltage across inductor не является напряжением звена постоянного тока. В вашей схеме напряжение на дросселе равно текущему мгновенному значению сетевого напряжения минус(плюс) напряжение звена пост.тока. То есть оно плавает в широких пределах Например, то что в диссертации на рисунке обозначено как +Vcf в Вашем случае будет от +325В(650 -325) до 975В (650 + 325) в зависимости от фазы сетевого напряжения. И наоборот -Vcf будет от -325 до -925В. Естественно скорость нарастания/спада тока будет разная в разное время периода - можете посмотреть по моделированию на пульсации тока - наклон тока инвертора будет меняться! А в диссертации это не указано.
Но в целом амплитуда пульсаций тока инвертора указана правильно. И опять же минимальное значение дросселя расчитать достаточно легко. Прикинем, что в Вашем случае Vcf=650V. Допустим мы хотим получить пульсации +-5А и максимальную рабочую частоту переключения IGBT - 20кГц. Тогда минимальное значение индуктивности дросселя будет 650/(2*(5+5)*20000)=1.625мГ
В принципе этим можно и ограничиться, так как эффект ограничения di/dt, который я описал при компенсации гармоник при такой высокой частоте весьма маловероятен. Только в паре случаев такое бывало.
А насчет емкости конденсатора я как раз собирался указать этот принцип баланса энергии. Ведь в приципе активный фильтр не может генерировать или потреблять активный ток в больших количествах, так как вся потребляемая или сгенерированная энергия должна куда-то идти или где-то запасаться. В данном случае это конденсатор звена пост. тока. И формула 1/2*C*V^2 - это стандартная формула энергии, запасенной в конденсаторе, который заряжен до определенного напряжения, а формула 3.2 слева - это энергия, которая высвободится или поглотится, если напряжение конденсатора будет изменяться. Как я уже говорил напряжение на конденсаторе не может превышать или быть меньше определенных значений. Снизу она ограничена минимумом амплитудой сетевого напряжения а сверху максимальным напряжением транзисторов или кондесаторов. То есть в нашем случае дельтаVcf - это 325В снизу или 900В сверху(если взять 2 электролит конденсатора последовательно по 450В). Разность квадратов напряжений меньше при 325В. поэтому возьмем ее для расчета. То что стоит справа в формуле - это должно быть энергия гармоник за полупериод - логично, так как за период она должна быть равна 0. То есть смысл, что при компенсации гармоник и реактивного тока заданной амплитуды, конденсатор не должен переразряжаться или перезаряжаться.
Кстати в тех случаях когда компенсируется в основнои реактивная мощность Il определяется в основном амплитудой реактивного тока а не гармоник. Но в общем случае, если мне не изменяет память Il должна считаться как геометрическая сумма по хитрой формуле - найдите сами.
Итак Vs=230В, Пусть Il = 100A например. Тогда емкость конденсатора должна быть не меньше (sqrt(2)*230*100*(0.02/2))/(325^2-650^2)=1026мкФ
Но что-то в этой формуле не так. Амплитуда пульсаций напряжения на конденсаторе меньше, чем расчетная. Надо разобраться....

Вот и получается что схема при такой маленькой емкости не будет работать как надо
Самое интересное что более менее нормально она начинает работать именно при L=5.12e-3 и С=8000мкФ, но вот почему.......
Вот еще одна статья, там рассчет емкости приводится, по моим расчетам там емкость получается около 2500мкФ, но если честно то я маленько не понял что там чем является.
В моей схеме частота переключения ключей порядка 30кГц (гистерезис 1 и -1), не так ли?

Наоборот при емкости 1026мкФ схема работает намного лучше чем ожидалось. Причем по моим прикидкам ошибка составляет где-то 2 раза. То есть тот эффект, что я увидел - должен получаться при 500мкФ.
Вот график работы инвертера при следующих условиях:
Lдр=1.625e-3 Г
Сф=1026e-6 Ф
Контроллер звена пост. тока отключен, чтобы не мешал. Напряжение на конденсаторе задано на уровне 710В, чтобы при компенсации оно уменьшилось до средних 650В.
На графике я подключаю индуктивность с током 100А RMS в момент Т=0.025с. Естественно она начинает полностью компенсироваться.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Как видно, напряжение звена пост. тока начинает пульсировать, но размах пульсаций не соответсвует моим ожидаемым провалам до 325В. А только достигает минимума 575В.

По поводу частоты - у меня с +-5А гистерезисом она соответствует формуле для расчета дросселя - 20кГц при 1.625е-3 Г

Вот что у меня получается с -+5А, С и L как вы сказали

В 69 сообщения я привел вырезку из статьи по расчет емкости. Так вот, там формула имеет вид: Sn/(2*w*Udc*dUdc) где Sn - номинальная мощность, w - базовая частота (50Гц как я понял), Udc - максимальное напряжение на кондере, dUdc - пульсации напряжения на нем. получается, что : 10кВА/(2*50*650*8,5)=0.0180996 Ф
Что то помоему тут не так...

Ну так все нормально тут работает. Искажения возникают из-за работы контроллера звена постоянного тока. Попробуйте его отключить и увидите, что фильтр будет компенсировать все просто отлично... но не долго... До тех пор пока конденсатор не разрядится.
В этом и есть следующий компромис - что для хорошей компенсации напряжение звена постоянного тока ДОЛЖНО иметь пульсации. Ведь еще в других простых словах фильтр что делает? Он забирает энергию гармоник и реактивную мощность в одной части периода а затем выдает ее в другой части периода, когда это необходимо. Ну а энергию где-то же хранить надо? Вот она и сохраняется в конденсаторе.
Если же вы пульсации задавите настроив слишком большие коэфициенты контроллера звена пост. тока то естественно компенсация будет плохая.

Конечно не так, если Вы не знаете, что w не равняется 50Гц... Совет - проверяйте формулы не отходя от кассы. Прежде чем подставлять свои значения, подставте значения автора формулы и проверьте результат с приведенным.

ПС Мне эта формула нравится больше - она показывает более реальный результат.

Все теперь понятно, все сошлой практически....в модели 8000, у меня 7600

У меня тоже при 100А индуктивного тока - это 23кВар и 1026мкФ последняя формула выдает около 55В размах пульсаций. Я так понимаю, что это амплитуда и пик-пик при этом порядка 110В. Это соответствует моему моделированию в 70ом сообщении.

Теперь стал вопрос выбора конденсатора и транзисторов.
Syoma, не могли бы вы посоветовать сайт или како-нибудь каталог где можно было бы выбрать Кондер на 8000мкФ (и какой вообще лучше взять) и транзисторы MOSFETы с драйверами. И еще как выбрать индуктивность

зависит от ваших предпочтений, например можно посмотреть
конденсаторы Epcos, модули IGBT Eupec, транзисторы MOSFETы с драйверами у IR.

на Epcos посмотрел там самый большой 4500мкФ, мне надо 8000, в такой системе как у меня возможно использование нескольких кондеров? насчет транзисторов я чето не понял как их вообще выбирать

Ну что вам мешает поставить несколько, в любом случае у вас напряжение будет около 600В, и поэтому наверняка будете ставить по два последовательно. Транзисторы выбирают по напряжению, току, частоте и т.д.
И еще вопрос - будет реализация в железе или это учебная задача?

реализации не будет, просто расчет, оформление пояснительной записки, даже не обязательно все делать точно, толком никто не будет проверять.
Может посоветуете какой транзистор выбрать, частота переключения около 20кГц. Какой кондер взять, напряжение на нем 650 постоянное максимальное, емкость не меньше 8000мкФ. Какой взять дроссель номиналом 5.12мГн

Ну и ладно, на бумаге не взорвется

С большими напряжениями уже давно не сталкивался, так что точно назвать марку, тем более на память не могу.
Вместо транзисторов лучше возьмите IGBT модуль на 1200В, посмотрите например тут http://www.semikron.com/internet/index.jsp?sekId=228
там же и драйверы. Только учти не все IGBT потянут 20кГц, смотри серии Ultrafast.
Конденсаторы например B43750, B43770 http://www.epcos.com/web/generator/Web/Sec...,locale=en.html
7 ветвей по два последовательно на 2400мкф-450В => 14шт
Дроссели например тут http://www.epcos.com/web/generator/Web/Sec...,locale=en.html
Хотя дроссель можно расчитать самостоятельно

Уважаемый Carliker. Прошло уже почти 4 месяца с момента Вашего последнего сообщения в этой теме. Надеюсь у Вас все хорошо. Но хочется, чтобы труды не пропали даром, поэтому я прошу Вас выложить где-нибудь Вашу дипломную работу в том виде в каком она есть или выслать мне в личку. Как говорится для следующих поколений.
Спасибо

Здравствуйте. Сейчас занимаюсь разработкой активного фильтра(диплом). Могли бы вы прислать получившуюся модель и описание, статьи по разработки , также IEEE//. Спасибо. \\\\\\\\буду очень признателен.


Не могу запустить процесс моделирования. пишет в сообщении:
A singularity has been detected in the inductance matrix. This situation typically arises when there is a mutual inductance block whose inductance parameters lead to a singular inductance matrix for that block. You must change some of the inductance values within such blocks until the singularity has been removed (e.g., this error message no longer appears).

Alternatively, you can use the ideal switching mode, in which this limitation does not exist.
менял параметры индуктивности и трансформатора . Запускаю в Matlab 2010a

Помогите скачать http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all...rnumber=4147897
Спасибо

Вам в другую ветку форума. Ознакомьтесь с контентом плз

Статью скачали. Спасибо

Да, в 2010 Матлабе не работает. У меня, к сожалению, в данный момент нет времени, чтобы разбираться почему. Поэтому рекомендую установить R2007a - только что проверил - в нем все работает.

Здравствуйте, а не могли бы вы посмотреть схему, она немного сыровата. PLL это ФАПЧ. Не могли бы разъяснить как работает эта субсистема (PLL). Да и хотелось бы спросить еще: "как можно в симулинк'е определить частоту сети, т.е. измерить ее и подать сигнал на блок фильтра в PLL". Есть идея как это сделать, но при подаче измеренной частоты на вход freq фильтра симулинк выдает ошибку. Вот схема измерения частоты: Спасибо

Здравствуйте, вы смогли открыть схему? там два файла, (power_active_filter.rar -архив с power_active_filter.mat )просто два раза закачал.
Спасибо