А А Шавёлкин - Асимметричный многоуровневый преобразователь частоты - страница 2

Страницы:
1  2  3 

2

0

5

0

Значения амплитуд модулирующих гармоник и частота переключений АИН3 по отношению к ос­новной гармонике f3/f приведены в табл.1. Для остальных значений А в диапазоне А=0-6 модуляция от­сутствует. При А>6 используется перемодуляция третьей гармоникой. Для АИН1,2 используется одно-полярная ШИМ [1]. Модулирующие напряжения - двухполярные, имеют треугольную форму, сдвинуты друг относительно друга на четверть периода. При этом модулирующие напряжения в других фазах МПЧ сдвинуты на треть периода.

Таблица 1.

Значения модулирующих параметров при кратности напряжений АИН 4:1:1

А

4.7

4.6

4.4

4.2

4

3.8

3.6

3.4 3.2

Аз

-0.03А

-0.04А

-0.08А

-0.13А

-0.17А

-0.21А

-0.25А

-0.33А -0.42А

А9

0

0

0

0

0

0

0

0 0

М

1

1

1

1

1

1

1

1 1

А Аз А9

М

3 2.8 -0.55А -1А

0 0

1 1

3

0.15А 1.4 3

2.8 2.6 0.15А 0.15А 1.2 1 3 3

2.4 0.15А 0.8 3

2.2 0.03А 0 1

Продолжение табл. 1

Входные цепи МПЧ. Содержат 9 ИПТ и входной трансформатор. ИПТ включает в себя трехфазный мостовой выпрямитель с выходным емкостным фильтром. Предложено использовать комбинированную схему, при этом выпрямители ИПТ1,2 образуют три одинаковых 12-и фазных многофазных схем вы­прямления (МСВ), выпрямители ИПТ3 образуют 18-и фазную МСВ (рис. 1). Комбинированием обеспе­чивается дополнительное подавление высших гармоник, поскольку неподавляемые гармоники для 12-и и 18-и фазных МСВ имеют разную кратность, тогда как 1-я гармоника суммируется. Расчет гармоник входного тока при использовании относительных значений тока [4] имеет особенности, поскольку на­пряжения ИПТ различаются в 4 раза. Полагаем, что параметры трансформатора выбраны из условия, что относительные значения напряжений выпрямителей и^=0.91 при U3m(1)=4 и U12mQ)=1, чему соответствует 1*^=0.072 и I*(1)=0.056 [1,4]. В соответствии с расчетом при А=6.2 U3m(1)=4.86 (загрузка ИПТ3 в 1.215 раза больше), U12m(1)=1.326 (загрузка ИПТ1,2 составляет 0.663). Этой загрузке соответствуют для ИПТ3 1*з==0.072-1.215=0.088, иза=0.9, 1*з(1)=0.069, для ИПТ1,2 7*^=0.072-0.633=0.048, и1с=0.925, /*вд=0.0368. Определим относительное значение во входном ток МПЧ 11-й гармоники I1     которая не подавляется

12-фазной МСВ.

В соответствии с [4] для ИПТ1 и^=0.925 Ґ1(П}=6.2%, а Ґ(п)= I1 циу 1*вд=0.114. С учетом кратности напряжений 4:1 и того, что на один ИПТ3 приходится два ИПТ1 относительное значение 1-й гармоники входного тока МПЧ (сдвигом фаз пренебрегаем): I *() = I *3() +2I *ф) = 0.0874 . Таким образом, относи­тельное значение 11-й гармоники в результирующем входном токе 11(ц) = !*(ц)/= 1.3% . По ре­зультатам моделирования получен близкий результат 1.36%.

Расчет параметров схемы. Максимальное значение А=6.9 достигается при использовании модуля­ции третьей гармоникой (перемодуляция), это приводит к существенному уменьшению количества пере­ключений ключей АИН. Рассмотрим более напряженный режим синусоидальной ШИМ при А=6. Пере­ключение АИН3 осуществляется с частотой основной (первой) гармоники, дополнительные переключе­ния имеют место при А<2.6, при соответствующем снижении частоты основной гармоники. Ток в ключах АИН1, 2 имеет импульсный характер. Заменим импульсный ток транзистора непрерывной функцией [1], значение которой на периоде модуляции определяется относительной продолжительностью включения транзистора ivr=yi - коэффициент заполнения импульсов, i - мгновенное значение тока нагрузки с амплитудой Im). При однополярной ШИМ и использовании модулирующего напряжения треугольной формы, симметричного относительно нуля g = 0.5(1 + gпі ), где ут - функция, определяющая закон изме­нения напряжения АИН1 и АИН2 и1 на соответствующем интервале времени. Закон изменения и1 при

2

Asin 0 £ 2 определяется как и1 = 0.5A sin Q (граничное значение Q1 = arcsin соответствует пере-

A

ключению АИН3 из нулевого состояния). После переключения АИН3 для положительной полуволны выходного напряжения и1 = 0.5(A sin Q - 4), для отрицательной полуволны и1 = 0.5(A sin Q + 4). Тогда:

IVT1СР

Л+ф

2     J 0.5(1 + g ПІ )/msin(Q-jM 2

2 2 ф

m 1 + 0.5 J gПІ sin(Q - j))Q

(3)

Рассмотрим случай, когда А=6 (относительные единицы). При угле сдвига фаз между первой гармо­никой выходного напряжения и тока фазы МПЧ ф < Q1 среднее значение тока в соответствии с (3):

Г

I

VT1СР

2

1 + 0.5

J 0.5AsinQ sin(Q- j)dQ +  J0.5(AsinQ -4)sin(Q - j))Q +

+  J 0.5AsinQ^ sin(Q-j)clQ p-Q1 /

2л

Ap

1 +--cos ф - 2 cos ф cos Q1

При ф > Q1 получаем такое же выражение. В результате расчета (cos^=0.9) получаем: IVT1Cp=0.226Im.

Среднее значение полуволны выходного тока: Ihcp

С учетом этого для обратного диода:

I m

■Ijvt 1CP =0.093Im.

Действующее

значение

тока

VT1:

,    Л + ф

J 0.25(1 + gm )212 sin 2 (-ф)іЮ

2^ m

ф

Расчетные значения относительных значений токов транзистора и диода приведены в табл.2 при разных значениях cosq>.

Таблица 2

Относительные значения токов ключей АИН

ключа

VT1

VD2

costp=0.9 costp=0.8 costp=0.7 costp=0.5

I/Im         ICP/Im I/Im         ICP/Im I/Im         ICP/Im     I/Im ICP/Im

0.429   0.226 0.415   0.219 0.403   0.211    0.383 0.197

0.257 I 0.093 I 0.279 | 0.1 | 0.296 | 0.107 | 0.321 | 0.121

ф

71

71

Для расчета действующего значения тока транзистора можно использовать зависимость: I/Im =-0.0014ф + 0.46.

АИН3 работает при минимуме переключений - при значениях А=6.9-2.8 используется модуляция третьей гармоникой и частота переключений АИН3 соответствует основной гармонике выходного на­пряжения. Отсчет производим по синусоиде тока фазы МПЧ. Среднее и действующее значение тока 1Г1и VT4:

P-tp+Q1 Im 1 + ^(ф^)

p2

IVT1CP = J Imsin QdQ-

2p

0

VT1

1 --tp+Q1        2        11 г 1 :

0     ((msin Q) dQ = --CP + Q1 + 2sin 2((P-Q1)

j =  1 ""T/1 inn QllQ = Im 1 + COS(ф + Ql)

ivt 4CP =—   J Imsin QdQ=----,

2—      „ — 2

j 1 -ф-Ql 2 I 1 1

= y2—    0    ((msin Q)llQ= I^4- — + 2sin 2(ф + Ql)

IVT

Среднее значение и действующее значение тока VD2 и VD3:

IVD2Cp

I m

IVT1Cp , I

VD2

(IVT1)2, i

VD 3CP

IVT

4CP , IVD 3

(IVT 4)2

Относительные значения токов ключей при А=6 и cos^=0.9 приведены в табл.3.

Расчет мощности потерь в ключах выпол­нен по методике [5]. При выходном напряжении МПЧ 6 кВ, амплитуде тока нагрузки 300А, А=6 и cos^=0.9 мощность потерь /!Р=10951.2Вт.

В работе [3] предложено значение емкости конденсатора на входе АИН определять в соот­ветствии с максимальным значением функции

^ С *

m

Таблица 3 Загрузка ключей АИН3 по току

ключа

ICP/ Im

VT1   I VD2     І Юз   I VT4 0.498   0.008      0.151 0.477 0.317 I 0.00084 I 0.047 | 0.271

0.

о.е

0.9

C*=f(A) как C:

где Im - ампли-

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

\

 

 

Г

 

 

 

і T

\^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\ і

 

 

\^

 

 

 

д

 

 

у/

 

 

 

 

 

у

L

 

 

 

 

 

 

 

А

ЮМ4Х ' U ^

туда тока нагрузки, КП - коэффициент пульсаций напряжения. Зависимости значений С*1 (АИН1,2) и С*з (АИН3) приведены на рис. 6. Следует отметить, что при А<2 АИН3 не работа­ет. Максимальные значения С*1=0.866, С*з=0.64, соответствующие значения емкости конденсаторов при U=710 В, Im=300 A, fM/U=60^ КП=5% составят С1=19422мкФ, Сз=3588мкФ.

Виртуальный эксперимент. Схема модели системы "сеть - МПЧ - нагрузка" приведена на рис. 7. Входная цепь, включая трансформатор, выпрямители с конденсаторами на выходе представлена модулем "Input link". Модель мно­гообмоточного входного трансформатора реализована на девяти двухобмоточных трансформаторах из трех групп: три со схемой Y/Y, три со схемой У/А и напряжением соответствующим минимальному для АИН1,2 в фазах А, В, С; три со схемами Y/Y, "зигзаг"/У, "зигзаг"/У при сдвиге напряжений вторичных обмоток 0°, 20°, -20° образующие 18-и фазную МСВ для АИН3 в фазах А, В, С. Параметры трансформа­торов пересчитаны к одинаковому относительному значению выпрямленного напряжения и^=0.91 при одинаковом относительном значении выходного тока I*l в соответствии с зависимостями, приведенными в [4]. Гармонический анализ входного тока МПЧ, потребляемого от источника "sourse AC" с учетом гар­моник с порядком до 37 реализуется блоком "SPEKTR", при этом выводится относительная амплитуда

гармоники 11(k) = Im(k)/Im(i). Также использовались модифицированные блоки расчета с входом зада­ния частоты основной гармоники для определения первой гармоники, коэффициентов гармоник напря-

1 2 3 4 5 6

Рис. 6. Относительные значения емкости конденсаторов

71

71жения фазы нагрузки THD и взвешенного THDW (THDW 1

^ { U (k л

k=5

k

k=6n±1). Задание ампли-

Страницы:
1  2  3 


Похожие статьи

А А Шавёлкин - Асимметричный многоуровневый преобразователь частоты

А А Шавёлкин - Исследование принципов формирования входного тока многоуровневого преобразователя частоты