А А Шавёлкин - Асимметричный многоуровневый преобразователь частоты - страница 3

Страницы:
1  2  3 

туды модулирующих гармоник А3 и А9 в функции относительной амплитуды выходного фазного напря­жения А осуществляется в табличном виде. Инверторный блок МПЧ выполнен из трех модулей "Phaza", каждый из которых состоит из трех стандартных блоков однофазных мостовых АИН. В качестве нагруз­ки "Load" используется RL элементы.

Conn2 Conn3 Conn4

SourseAC Input link

<<fcmmoo<<i:mmo6<<i:mmo6

Z>Z>Z>Z>Z>Z>Z>Z>Z>Z)Z>Z>Z>Z>Z>Z>Z>Z>

6.9

A

ft,

u

< і & і

= => => =>

і і < <

^       О       О CN

a>    О    О    => =)

PhaJaA

A

Out1

 

A3

 

 

 

Out2

 

A9

 

 

f

Out3

 

U1B+

U1B-

U2B-

U4B-

 

Conn1 Conn2

U2B+

U4B+

WhazaB

Discrete, Ts = 2e-006 s.

In1 Out2

f

_^|щГ^>-fr.    0.07148 j |

Gain2 THDw1

THDw

signal THD

Discrete THD

In

Mag

F

 

n

Phase

Discrete FourierM

б     б     б б

U1    1U    2U 4U

§ § б б ,_     о     о см

IphazJc"

Conn1

ia

Conn2

 

Conn3

uf

6.041 j

487 7 I

Um(1)

Scope1

Рис. 7. Модель системы "сеть - МПЧ - нагрузка"

Для АИН3 использован модифицированный алгоритм с минимумом переключений ключей. При этом используются модифицированные блоки "PWM Generator", в которых сигнал задания g вместо на­пряжения треугольной формы сравнивается с 0, при этом, если g>0 формируется сигнал управления на верхний транзистор одного плеча АИН (инверсный на нижний транзистор), если g<0 на верхний транзи­стор другого плеча (инверсный на нижний транзистор).

Сигналы задания для АИН в фазах МПЧ формируются блоками управления, которые реализуют следующую функцию:

Для АИН3  с максимальным напряжением,  который работает g3 = sign(u3Ад, где G3=1, если |иЗАд|>2 (в противном случае G3=0).

Для  АИН1  gi=Gjj-Gj2,   где   Gn = 1,   если  G1>uTP1   и G12=1, G1 = °-5( иЗАД | -4g3 )sign(uзад ).

Для    АИН2    g2=G21-G22,     где     G21 = 1,     если    G{>UtP2     и G22=1, g1 = °-5(| иЗАД | -4g3 )sign(uзад ) .

в режиме переключения

если -G1>uT

если -G1>uT

Значение

Значение

3 1

JJ

и

Gain1

THD

n

In1

SPEKTR

LOAD

uref

A3

A9

Напряжения uTP1 и uTP2 имеют треугольную форму при единичной амплитуде, симметричны относи­тельно нуля и сдвинуты на четверть периода, частота fm=1 кГц. Исследования разработанной модели подтвердили корректность полученных зависимостей для А3=^Л) и А9=^Л) во всем диапазоне регулиро­вания. Режим работы АИН при этом контролировался по среднему значению тока на выходе выпрямите­ля Id>0 и относительному значению напряжения ud на входе АИН.

Гармонический состав входного тока МПЧ приведен в табл. 4.

Таблица 4

Гармонический состав входного тока при кратности 1:1:4 (1m=300A=const)

А

THD,%      Ґт tm

j1          j1          T1           T1          T1           T1 T1

1 (11)         1 (13)         1 (17)           1 (19)          1 (23)           1 (25)          1 (35)

1 (37)

6,9

2,35       0,004 0,14

1,54       0,9       1,04      0,973      0,23       0,24 0,24

0,23

6

2,22       0,046 0,21

1,25       0,6       1,21        1,11       0,19       0,15 0,26

0,26

5

2,11        0,17 0,19

0,48      0,48      1,38       1,31       0,13      0,037 0,31

0,33

4

2,73         0,2 0,14

0,54      0,43       1,7        1,53       0,07      0,085 0,41

0,33

3

3,34        0,19 0,12

0,15       0,2       2,18       1,75       0,14      0,052 0,35

0,25

2

2,81        0,15 0,11

1,62      0,98      0,53       0,32       0,43       0,32 0,23

0,14

На рис. 8 показаны результаты FFT анализа напряжения фазы нагрузки, при этом модуляционные составляющие напря­жения находятся в полосе с центром mf=fm/f=80, что эквивалентно частоте 4fm. В табл. 5 приведены результаты гармониче­ского анализа выходного напряжения, при этом значение THD определялось с учетом 200 гармоник, взвешенного THDW с учетом 103 гармоник.

В модели для измерения потерь в клю­чах инверторного блока МПЧ для АИН1 и АИН2 использовались IGBT типа SKM500GA174D, для АИН3 RC IGCT типа 5SHX06F6010. Значения мощности потерь энергии при неизменной амплитуде выход­ного тока 1m=300A и cosq>=0.9 для несколь­ких значений А и соответствующих значе­ний f приведены в табл. 6. Как показали исследования, потери существенно снижа­ются в сравнении с использованием стан­дартного алгоритма, который использован в пакете MATLAB (при А=6.9 АР*=13060, что на 17% выше). При регулировании А потери энергии практически неизменны.

Таблица 5

Гармонический состав выходного напряжения при кратности 1:1:4

А

6.9

6

5

4

3

THD, %

5.12

6.77

8.47

11.65

15.86

THDW, %

0.068

0.092

0.174

0.3

0.38

Таблица 6

Потери энергии в ключах НКМПЧ при кратности 1:1:4

        I   6.9   I    6    I    5    I    4    I    3    I    2    I 1 ~АР, Вт | 11120 | 10790 | 10590 | 10920 | 10940 | 11310 | 10890

Расчетное значение мощности потерь АР для КМПЧ (типа "Perfect Harmony") с шестью АИН на фа­зу при той же нагрузке и тех же IGВT (частота модуляции fm=600 Гц) АР=18842.4 Вт. Таким образом, в АКМПЧ потери составляют 60% по отношению к КМПЧ, что связано и с увеличением fm, для обеспече­ния равноценного гармонического состава выходного напряжения. Для каскадного МПЧ с тремя АИН на фазу (типа "Perfect Harmony") при той же мощности нагрузки и, соответственно, выходном напряжении 6/л/3 кВ АР=11670 Вт, что составляет 62.5% относительно потерь в КМПЧ с шестью АИН на фазу.

Выводы:

Предложенные принципы реализации асимметричного каскадного МПЧ при кратности напряжений АИН 1:1:4 при выходном напряжении 6 кВ позволяют в сравнении со стандартным МПЧ типа "Perfect Harmony" получить такие показатели качества входного тока и выходного напряжения, при существен­ном упрощении силовых цепей и снижении мощности потерь в ключах. В сравнении с равноценным по количеству приборов в силовых цепях КМПЧ при трех АИН на фазу достигается существенное улучше­ние качества выходного напряжения.

Список литературы

1. Шавьолкін, О.О. Перетворювальна техніка [Текст]: навчальний посібник/ О.О. Шавьолкін, О.М. Наливайко. -Краматорськ, ДДМА, 2008. - 326с.

2. Song-Manguelle J. Multilevel Inverter for Power System Applications : Highlighting Asymmetric Design Effects From a Supply Network Point of View / J. Song-Manguelle, A. Rufer // CCECE 2003 - CCGEI 2003. - Montreal, May/mai 2003. -Р. 435-440.

3. Шавёлкин, А. А. Каскадные многоуровневые преобразователи частоты с улучшенными энергетическими характе-ристиками[Текст] / А.А. Шавёлкин //Технічна електродинаміка. - Київ: ІЕД НАНУ.- 2010. - Тематичний вип., Ч.1. -С.65-70.

4. Шавёлкин, А. А. Анализ гармонического состава входного тока многоуровневых преобразователей частоты [Текст] / А.А. Шавёлкин // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: "Електротехніка і енер­гетика". - Донецьк: ДВНЗ "ДонНТУ".- 2011. - вип. 10(180). - С.211-217.

5. Шавёлкин, А. А. Математическое моделирование системы "сеть переменного тока - многоуровневый преобразова­тель частоты - нагрузка" [Текст] /А.А. Шавёлкин, А.С. Вербицкий // Наукові праці Донецького національного техні­чного університету. Серія: "Електротехніка та енергетика". - Донецьк: ДВНЗ "ДонНТУ".- 2011. - вип. 11(186). -

С.429-435.

Рекомендовано до друку: проф. Казачковьким М.М.

Страницы:
1  2  3 


Похожие статьи

А А Шавёлкин - Асимметричный многоуровневый преобразователь частоты

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