Трехфазный трехуровневый активный выпрямитель

May 23, 2012 by admin Комментировать »

Трехуровневый инвертор, описанный в предыдущем разделе, может быть переведен в вы­прямительный режим работы, если в цепи переменного напряжения имеется трехфазный источник ЭДС, а в цепи постоянного напряжения имеется потребитель электроэнергии. Одна из возможных схем с трехуровневым активным выпрямителем представлена на рис. 5.1.

Рис. 5.1 Схема с трехфазным трехуровневым активным транзисторным выпрямителем

В схеме рис. 5.1 трехфазный источник питания содержит трехфазную систему ЭДС esn (п – номер фазы) и индуктивности ls. Трехфазный источник имеет фазные напряжения usn и фазные то­ки isn. Линейные напряжения источника usi2, us23 и uS34. Между трехфазным источником и транзи­сторным мостом включен трехфазный дроссель с индуктивностями фаз 1др и активными сопротив­лениями фаз Гдр. В транзисторном мостовом преобразователе (выпрямителе) токи в плечах i|aim (п – номер фазы, m – номер транзистора в фазе), uvn – фазные напряжения выпрямительного моста, ijni и ijn2 ~~ токи в диодах, подключенных к общей точке конденсаторов, игсЬ игс2 – напряжения конден­саторных фильтров (выпрямленные напряжения), idvi, idv2, idv3 – выпрямленные токи положитель­ного, нулевого и отрицательного полюсов моста. В цепи выпрямленного напряжения учтены Ci, С2, гс, icl, ic2 – емкости, активные сопротивления и токи конденсаторных фильтров, rz, izl, iz2 – активные сопротивления и токи цепей защиты от перенапряжений, гн, 1н, ен, iH – активное сопротивление, ин­дуктивность, ЭДС и ток нагрузки.

Транзисторные ключи и обратные диоды описываются, как указано в предыдущем разделе с учетом (4.1).

При моделировании рассматриваемой схемы осуществляется замена конденсаторов зави­симыми источниками напряжения urci и игс2 в соответствии с формулами (4.2). Далее эти источни­ки переносятся в другие ветви схемы рис. 5.1. При этом выделяются подсхемы, изображенные на рис. 5.2, которые имеют взаимные связи через зависимые источники напряжения urci и игс2 и тока id и ic2.

Рис. 5.2 Разделение схемы с трехуровневым транзисторным выпрямителем на взаимосвязанные подсхемы

Фаза и мгновенные значения фазных ЭДС сети esn определяются выражениями (3.1). Фазные ЭДС инвертора un определяются выражениями (4.3) и (4.4).

Для определения фазных токов сети isn используются уравнения (3.2).

Токи в плечах транзисторного моста:

Токи в транзисторах itnm и обратных диодах idnm определяются выражениями, аналогичны­ми (4.7).

Токи ijni и ijn2 в диодах, подключенных к точке соединения друг с другом конденсаторов, определяются выражениями, аналогичными (4.8).

Опорные напряжения uoni и и2 описываются выражениями (4.13).

Переключения транзисторов осуществляются в соответствии с условиями, аналогичными

Токи в цепях защиты от перенапряжений определяются выражениями (4.11). Токи в конденсаторах:

Ток нагрузки определяется из дифференциального уравнения:

Выходные токи транзисторного выпрямителя в положительном и отрицательном полюсах цепи выпрямленного напряжения:

(4.14).

Как и в схеме с двухуровневым транзисторным выпрямителем, система управления трех­уровневого выпрямителя обеспечивает решение следующих задач:

–                   стабилизация выпрямленного напряжения на заданном уровне путем воздействия на амплитуду заданных фазных токов сети;

–                    формирование синусоидальных фазных токов сети;

–                    поддержание заданного коэффициента мощности сети, например, равного 1;

–                    передача энергии из сети в нагрузку и в противоположном направлении.

Как видно их схемы рис. 5.1, система содержит также пропорционально-интегральный ре­гулятор действующего напряжения сети Us, функции которого описаны в § 3.

Работа системы регулирования трехуровневого выпрямителя описывается выражениями

(3.7)                        -(3.17) с некоторыми отличиями. Одно из отличий обусловлено тем, что при указанном регу­лировании выпрямленное напряжение неравномерно распределяется между последовательно включенными конденсаторами (эта особенность выявлена при выполнении расчетов при исполь­зовании математических моделей). Для равномерного распределения выпрямленного напряжения осуществляется регулирование транзисторов в цепях защиты от перенапряжений. При этом ис­пользуются следующие условия:

где AUd – заданная погрешность в распределении напряжений между конденсаторами, kzi и kz2 – функции состояния защитных транзисторов.

По математическому описанию схемы преобразования рис. 5.1 разработана программа расчета на ЭВМ электромагнитных процессов (программа 05, приведена на CD).

На рис. 5.3 обозначения переменных приняты такими же, как в схеме рис. 5.1. В табли­це 5.1 представлены результаты анализа токов и напряжений в рассматриваемом режиме работы.

В качестве примера по указанной программе выполнен расчет электромагнитных процес­сов при следующих параметрах: длительность расчетного интервала времени 3 с, начало записи результатов в файл 2,975 с, шаг расчета At=l мкс, шаг записи результатов 10 мкс, ен=900 В, 1Н=5 мГн, гн=0,8 Ом, Ci=C2=10000 мкФ, rci=rc2=0,01 Ом, ls=0,5 мГн, rs=0,001 Ом, Us=400 В, fs=50 Гц, ldr=3,5 мГн, rdr=0,05 Ом, rz= 150 Ом, fon=4000 Гц, фш=0, UZ=1000B, Кш=3, Кио=0,5, К=-0,007, Тш=0,02 с, Ти=0,05 с, Тиу=0,002 с, Aty=l/fOn=250 мкс. Результат расчета представлен на рис. 5.3 в виде диаграммы мгновенных значений переменных.

Рис. 5.3 Напряжения и токи в схеме с трехуровневым транзисторным выпрямителем

Таблица 5.1 Результаты анализа токов и напряжений рис. 5.3

Напряжение 1 фазы сети, В Коэффициент искажения синусоидальности

230.766

0.06652

Частоты гармоник,Гц

Действующие значения

Фазы, гр.

50

230.255

-98.4629

3800

3.617

105.2085

4200

4.054

89.6288

7950

5.689

162.3990

8050

4.921

45.7501

8250

4.076

41.9786

Ток 1 фазы сети, А

178.952

Коэффициент искажения синусоидальности

0.01827

Частоты гармоник,Гц

Действующие значения

Фазы, гр.

50

178.922

-95.2267

100

1.500

6.4309

250

2.607

-115.1265

Ток 1 транзистора и обр. диода фазы, А

94.420

Максимальное значение

176.987

Минимальное значение

-258.812

Ток 1 диода фазы, А

84.429

Максимальное значение

255.920

Ток 2 транзистора и обр. диода фазы, А

126.662

Максимальное значение

255.920

Минимальное значение

-258.812

Выпрямленный ток положит, полюса, А

117.788

Частоты гармоник,Гц

Действующие значения

Фазы, гр.

150

55.925

-179.8774

4000

51.886

93.5715

7850

21.137

-166.0361

8000

19.350

-72.7916

8150

20.145

3.9136

Ток в 1 защитном резисторе, А

0

Ток во 2 защитном резисторе, А

1.774

Напряжение 1 конденсатора, В

490.137

Частоты гармоник,Гц

Действующие значения

Фазы, гр.

150

6.022

94.7862

Напряжение 2 конденсатора, В

504.809

Частоты гармоник,Гц

Действующие значения

Фазы, гр.

150

5.368

-80.1243

Ток 1 конденсатора, А

100.381

Частоты гармоник,Гц

Действующие значения

Фазы, гр.

150

56.078

-179.9411

4000

51.886

93.5707

7850

21.137

-166.0362

8000

19.351

-72.7866

8150

20.145

3.9136

Ток нагрузки, А

118.665

В табл. 5.1 мощность, расходуемая в защитных резисторах, составляет 470 Вт. Это не­большие потери по сравнению с мощностью нагрузки 118 кВт. За счет этих потерь обеспечивается небольшая разница в напряжениях последовательно включенных конденсаторов.

Необходимо отметить следующую особенность схемы (см. табл. 5.1). В выпрямленных то­ках положительного и отрицательного полюсов транзисторного моста значительную долю состав­ляют токи тройной частоты (по отношению частоте токов сети). В конденсаторах действующее значение токов тройной частоты превышает действующее значение составляющих на частотах ШИМ. в сети и в нагрузке токи тройной частоты отсутствуют.

В схемах с трехуровневыми преобразователями выпрямленное напряжение может регули­роваться выше того уровня, который обеспечивается преобразованием напряжения с помощью обратных диодов (4.16). Регулирование выпрямленного напряжения ниже указанного уровня не­возможно. Наиболее благоприятным является режим работы, при котором соотношение фазного напряжения моста и выпрямленного напряжения близко к (4.15).

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