А А Шавёлкин - Исследование принципов формирования входного тока многоуровневого преобразователя частоты - страница 1

Страницы:
1  2 

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИНЦИПОВ ФОРМИРОВАНИЯ ВХОДНОГО ТОКА МНОГОУРОВНЕВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ

Шавёлкин А* Аш

Донецкий национальный технический университет Sit a(a)dgtu. doiieisk. иа

In paper some results of researches vf principte$ of formation of an input current of the multilevel converter of fre­quency (MCi are submitted The simplified technique for an estimation of harmonious structure of an input current of the multiphase circuit of rectifying with active - capac'tor loading is offered Principles of the organization of power

circuits MO from a condition of the maximal suppression of suhharmonics are considered

В настоящее вречи лля мошны* приводов РфвШШЮГО токи среднего напряжения находят применение многоуровневые гтрсобі і"-и . ■. і'і частоты (МІ1Ч). Выходное нагтриженне МПЧ имеет ступенчатую форму, ап-прокеимнрчюшую синусоиду и практически соответствует принятым стандартам Имеете с теи. при больших чощностях. первостепенное значение имеет ток, потребляемый МПЧ ні сети переменного тока. Форма топ должна максимально приближаться к синусоидальной при коэффициенте мощности блиіком к единице.

Традиционно большинство работ по МПЧ посаяшено совершенствованию алгоритмов управления с ие-лью улучшения качества выходного напряжемия. мі ними іацнн силовых цепей (IJ. Улучшение формы анидного точа МПЧ обычно связывают с использованием на іходе многообмоточного трансформатора в качестве много­фазного источника для питания цепи постоянного тока. Вместе с тем здесь есть вопросы, связанные с работой выпрямителя на емкостную нагрузку, когда входной ток его имеет импульсный характер. Кроме того, в схеме каскадного МПЧ, пк используются однофазные п-тверторы напряжения во входном токе наріду с высшими гармониками возможно появление суб гармони к. Определенные особенности формирования тока имеют место и при различных алгоритмах формирования выходного напряжения, особенно для несимметричных МПЧ [11.

Регулируемый электропривод переменного тока является неотъемлемым элементом системы энергосбе­режения. В этом плане совершенствование характеристик преобразователен среднего напряжения является ак­туальной задачей.

Цель работы: исследование основных приншппов формирования входного тока каскадных МПЧ из усло­вия максимального подавления высокочастотных и субгармонических составляющих. Для этого необходимо решить следующие задачи:

-  Исследовать основные закономерности формирования входного тока выпрямителя с активно-емкостной на­грузкой в многофазной схеме выпрямления;

-  Разработать методику опенки гармонического состава входного тока для многофазной схемы выпрямления:

-  Исследовать принципы организации силогшх цепей МПЧ для максимального подавлении; еубгармоник.

Результаты работы. Каждая фаза каскадного МПЧ состоит из л последовательно соединенных однофаз­ных автономных инверторов напряжения (АНН) с изолированными источниками постоянного тока, каждый из которых включает в себя трехфазный мостовой выпрямитель с конденсатором на вы ход е.

Аналнэ входного тока выпрямителя при а ктівно-сч костной нагрузке с учетом всех параметров реальной схемы достаточно сложен. Е Ее посредственное решение уравнений позволяет определить мгновенное значение тока в каждом конкретном случае, но получение аналитических зависимостей для анализа затруднительно. По­этому обычно используются следующие дои) і. і -_-11. ■ выходное напряжение выпрямителя идеально сглаженное (Uct=Uc). учитывается только активное сопротивление входной цепи R (трансформатора и диодов]. Ток из сети (рис.!) потребляется на интервалах заряда конденсатора, когда іь Г,   (открыты диоды выпрямителя):и.


Or

//V

і        \ /

26

 

Рисунок I- Входной ток однофазного однапояупериодмого выпрямителя


(1)

i-(U;-U<J/R =U*Aeostiti-cose}fR.

где: uj= Ujucosiot и Ut=UjuCose. Угол отсечки в- по­ловила интервала времени, когда через диоды протекает ток.

Пульсирующий входной ток распределится по парал­лельным ветвям, образуемым нвгрузкоИ fR^ и конденсатором, слеіующич образом: переменная составляющая пройдет через конденсатор, а постоянная составляющая - через RH. Таким об­разом, ток в нагрузке = Uct/RH постоянный и равен для т -фазного выпрямителя (при #<90°) среднему значенню това іН   2*\       2п\ R


(cosvt-co*8)dai = !?¥2*-islne-9case} . t:RВыразил лишение амплитуды напряжения сети кал 1!ш = цп, /cosG получаем:

 

 

"      яЯ        cosff              я*     * яЯ

где:   А(0)=1£в-8 - является функцией угла отсечки. Отсюда:

 

t4)

Таким образом, каждому значению R# соответствует определенное значение уїла 9. Дн одно иолу пери-одного выпрямителя ток (рис.1)описынастся выражением ґири/>ф;COS 0)1 - cos в

f>0.

I-cos в

Данная фунншя может быть преобразована к виду:

ші

[(оя)-а^а^*- Eo/f cos кои) ,

I        ^sinfn- 1)9   sin(n + ї)в .
пя(І-соз0)      іі-f             n + l

где:

sin 9 - 9 сох 9 а0 = -

n(l-cosO)

П к + 1. a=fu~ амплитуда входного тока (рис.1) определяется из (1| в соответствии с значением О Для мосгоаой схемы за период имеем дві импульса разной полярности, с учетом чего получаем:

 

 

 

Подставив <6) в (7) получаем: о

fjftoi) - 2aY.<*i соякаї.

І = І


(5Ї

 

 

<б)

 

 

 

 

 

 

 

 

<7Їгде: к 1.3,5. Нулевая и четные гармоники :лагаемыч (7) взаимно компенсировались, нечетные изме-
няются н противофазе и при вычитании суммируются.

В трехфазной мостовой схеме за половину периода напряжения сети имеем два импульса тока (по ли­нейным напряжениям сети -      *С/до) со сдвигом ти'З. Соответствующая функция:При схеме соединения вторичной іиЗмоткн трансформатора V» линейный ток (ток через диоды выпря­мителя) и (разный ток во вторичной обмотке одинаковы и определяются (9). Для гармоник кратных 3 нчееч сдвиг кратный я, т.е. они нзменяюіся в иротывифазе и с>мма равна 0. Оставшиеся гармоники имени кратность к=6Ы (1=0,1.2,...) И сдвиг кратный »УД при их суммировании получаем амплитуду в \J больше и начальную фазу іРі=а*лУй. В результате получаем выражение:

f3(tot) = 243аІ,ак cos(kai{ + ук),                                                                                                 ■ (10)

1=0

где; для основной гармоники У|= - л/б (совпадает по фазе с фазным напряжением ира), для высших гармоник (1'1,2,...) при к=6(-1 фаза !?г *тс/'бш при i=6l*! фаза !Р*= -ж/6. Значения относительных амплитуд гармоник входного тока выпрямителя в соответствии с (10 и 6) приведены в табл,1.

Очевидно значительное ухудшение гар-
Таблииа! - Гармонический состав входного тока         монического состава тока в сравнении с рабо-

 

Относит, амплитуда гармоннкн ¥я

№ гармоники

5

7

11

13

17

19

Зх-ф мост (R-L)

20

14.Э

9.1

7,7

5,9

5.26

Эх-фмост (С)

66

42

5,5

А •}

7.9

4.4

___ І_____ ■___ ш____

12-ти фазная (С)

0

0

5.5

■1 •>

0

0

18-ти фазная (С)

0

0

0

0

7.9

4.4

той на акти в но- индуктивную (R-Lf нагрузку в области низких частот (5-я и 7-я гармоники).

Для схем выпрямителей средней и большой мощности зто приводит к существен­ному нлняиню на питающую сеть и недопус­тимо. Установка пассивных L и LC - фильтров на входе выпрямителя также мало эффективна. Более того наличие индуктивности во входных цепвк имеет отрицательный їффемі из-за фазового сдвига по первой гармонике p,flT поскольку коэффициент чошности х-Усжф,!, (v - коэффициент искажения формы тока) и улучшение формы тока приводит к увеличе­нию ъ,,. Применение активных выпрямителей при отсутствии генераторных режимов работы не оправданоПоэтому реальным решением для улучшения гармонического состава точа, потребляемого от сети, является

использование многофазных схем выпрямления.

В случае 12-ти фазной системы выпрямители питаются от двух комплектов вторичных обмоток транс­форматора, соединенных по схеме «'Y" и аДв. Этим обеспечивается сдаиг линейных напряжений, а соответст­вии с которыми осуществляется формирование выпрямленных напряжений, в 30° (при совпадении фазных на­пряжений). Ток потребляется на интервалах, когда Hih>Vc  (открыты диоды выпрямителя). Для обеспечения

равенства и;,д напряжение обмотки по схеме ііДі> должно быть в -ІЗ раза больше.

При схеме «Д» имеют место некоторые особенности. Так ток при Uiff>Ur и отпирании пары диодов мос­та протекает одновременно во всех трех фазах вторичной обмотки. При этом две из них соединяются между собой последовательно и параллельно третьей, напряжение которой в данный момент времени максимально. При этом ток выпрямителя делится на две параллельных ветви в соотношении 1:2. Поскольку токи в линейных проводах (на входе выпрямителя) для обеих схем соединения вторнчних обмоток трансформатора (при одина­ковой нагрузке) одинаковы (рис.2) и составляют /, то токи в фазах
Максимальное значение им-

«Д» будут составлять   — /

пульса тока соответствует максимуму напряжения данной фазы, остальные импульсы тока соответствуют максимумам напряжения в двух других фазах и в соответствии с напряжениями сдвинуты на

угол л/£

(П)

Ток фазы первичной обмотки (потребляемый из сети пере­менного тока) определяется совместным действием обоих ком­плектов вторичных обмоток. Если пренебречь током холостого хода значение тока фазы можно определить из условия равенства МДС (магнитодвижущая сила):

 

 

iAw= iAjwj+ iAIw2 или iA= iA/ni

 

где: /л?-токи вторичной обмотки соответственно для схем uY» и «Д», и1, w), ул>2 - количество витков первичной и вто­ричных эбмОТОК, г)=\\>/

Значение токату определяется (10). Ток 1ЛЗ определим как сумму трех одиночных импульсов, tfrftol) - для однофазной мосто­вой схемы) соответствующей амплитуды и фазового сдвига:1-у-2!3&Ш+$.Шы^З}+&Щм-ъ13)]. (12)

 

 

Значение fj((Ot) определяется в соответствии £ (8) при к-1,3,5         Второе и третье слагаемые (12) для

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

А А Шавёлкин - Асимметричный многоуровневый преобразователь частоты

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