Преобразователь частоты с активным выпрямителем и двухуровневым инвертором напряжения

May 9, 2012 by admin Комментировать »

Использование в преобразователях частоты активных выпрямителей позволяет обеспе­чить:

–                    рекуперацию энергии в питающую сеть;

–                    работу выпрямителей при практически синусоидальных токах сети;

–                    работу с заданным коэффициентом мощности сети, например равным 1;

–                    регулирование выпрямленного напряжения с целью оптимизации режимов работы.

Одно из применений преобразователей частоты с активными выпрямителями – электро­приводы, в которых требуется рекуперация энергии в питающую электросеть. К таким системам относятся, например, тяговые приводы [29]. Другое возможное применение – автономные уста­новки, в которых источниками электроэнергии являются асинхронные генераторы [38]. Через рас­сматриваемые преобразователи может также обеспечиваться связь электросетей с различными частотами и др.

Схема с преобразователем частоты с двухуровневым активным выпрямителем и двухуров­невым автономным инвертором напряжения изображена на рис. 8.1.

Рис. 8.1 Схема преобразователя частоты с активным выпрямителем и двухуровневым транзисторным инвертором

В рассматриваемой схеме трехфазный источник питания содержит трехфазную систему ЭДС esn (номер фазы п=1, 2, 3) и индуктивности ls. Трехфазный источник имеет фазные напряже­ния usn и фазные токи isn. Линейные напряжения источника usi2, uS23 и и8зь Поскольку при выпол­нении расчетов заданным параметром является обычно действующее напряжение сети Us, в схеме изображен также пропорционально-интегральный регулятор действующего напряжения. На вход этого регулятора поступают сигналы по мгновенным значениям напряжений сети. На выходе ре­гулятора формируется амплитуда фазных ЭДС питающей сети Esm.

Между трехфазным источником и транзисторным выпрямительным мостом включен трехфазный дроссель с индуктивностями фаз 1др и активными сопротивлениями фаз гдр. В транзи­сторном выпрямителе токи в плечах ivn (номер плеча моста п=1, 2,… 6), uvn – фазные напряжения, игс – выпрямленное напряжение (напряжение конденсаторного фильтра), idv – выпрямленный ток. В цепи выпрямленного напряжения с, rc, ic – емкость, активное сопротивление и ток конденсатор­ного фильтра, rz и iz – активное сопротивление и ток цепи защиты от перенапряжений, – вы­прямленный ток инвертора, im – токи в плечах инвертора, un – напряжения фаз инвертора, in – токи фаз инвертора и нагрузки, гн, 1н – активные сопротивления и индуктивности фаз нагрузки.

В выпрямителе состояния ключевых элементов в плечах моста описываются функциями kvn (п=1, 2, 3), в инверторе – функциями km (п=1, 2, 3). Указанные функции равны 1, если открыто верхнее плечо моста, и равны 0, если открыто нижнее плечо.

В схеме рис. 8.1 изображена также система управления преобразователя частоты. На вход системы управления поступают сигналы по напряжениям питающей сети usn, по токам фаз пи­тающей сети isn, по выпрямленному напряжению игс, по токам фаз нагрузки in. На выходе системы управления формируются импульсы управления транзисторами выпрямителя, инвертора, а также защитного транзистора. Система управления преобразователя частоты обеспечивает решение пе­речисленных выше задач.

При математическом описании рассматриваемой схемы осуществляется разделение ее на подсхемы, взаимосвязанные зависимыми источниками напряжения и тока. При этом конденсатор в цепи выпрямленного тока заменяется зависимым источником напряжения игс в соответствии с выражениями (1.1), и этот источник переносится в другие ветви схемы, как описано в предыдущих разделах. Образующиеся при этом подсхемы изображены на рис. 8.2.

Рис. 8.2 Разделение схемы с активным выпрямителем и двухуровневым транзисторным инвертором на подсхемы

Все подсхемы рис. 8.2 взаимосвязаны через зависимые источники напряжения и тока.

Математическое описание подсхемы с трехфазным двухуровневым активным выпрямите­лем приведено в § 3.

Описание подсхемы с трехфазным двухуровневым автономным инвертором напряжения приведено в § 1.

Математическая модель системы в целом включает в себя указанные модели вентильных подсхем, описание работы подсхемы с защитным резистором (1.9), выражения (1.1) для определе­ния напряжения игс, а также выражение для определения тока в конденсаторе:

Рис. 8.3 Напряжения и токи в схеме с активным выпрямителем и двухуровневым инвертором Таблица 8.1 Результаты анализа токов и напряжений рис. 8.3

Фазное напряжение выпрямителя, В Коэффициент искажения синусоидальности

219.463

0.05369

Частоты гармоник, Гц 50 1900 2100 3950 4050

Действующие значения 219.146 3.826 3.491 4.753 4.963

Фазы, гр. 177.3222 167.7736 32.6225 -131.3628 -22.0304

Фазный ток выпрямителя, А Коэффициент искажения синусоидальности

359.970

0.02957

Частоты гармоник, Гц 50 350 450 1900 2100 3950 4050

Действующие значения 359.812 4.637 3.088 5.021 4.077 2.792 2.870

Фазы, гр. 178.5838 -6.1311 -60.2136 -100.9820 122.0164 -41.2855 68.5611

Выпрямленный ток выпрямителя, А

263.592

Частоты гармоник, Гц 1850 2150 4000

Действующие значения 61.092 60.087 133.296

Фазы, гр. 77.6524 124.6738 -75.5776

Напряжение конденсатора, В

875.473

Ток в конденсаторе, А

203.207

Частоты гармоник, Гц

1819.97

1871.97

2131.97  4003.95

Действующие значения 30.991 34.832 27.846 57.884

Фазы, гр. -104.7463 54.0976 125.6186 83.9605

Выпрямленный ток инве

этора, А

265.993

Частоты гармоник, Гц

1819.97

1871.97

2131.97

2183.97  4003.95

Действующие значения 38.551 32.019 42.557 36.490 187.412

Фазы, гр. 138.9372 -50.8319 -132.2325 45.8402 -86.2572

Фазное напряжение нагрузки, В Коэффициент искажения синусоидальности

314.251

0.7245

Частоты гармоник, Гц 51.99

3951.95

4055.95

Действующие значения 216.575 107.311 109.361

Фазы, гр.

-62.2708

121.4685

Фазный ток нагрузки, А Коэффициент искажения

синусоидальности

457.216

0.02255

Частоты гармоник, Гц 51.99

Действующие значения 457.100

Фазы, гр.

-99.9922

Пронин М.В., Воронцов А.Г., Силовые полностью управляемые полупроводниковые преобразователи (моделирование и расчет) / Под ред. Крутякова Е.А. СПб: «Электросила», 2003. – 172 с.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты