Преобразователь частоты с активным выпрямителем и трехуровневым инвертором напряжения

June 12, 2012 by admin Комментировать »

Достоинства преобразователей частоты с активными выпрямителями указаны в § 8. Дос­тоинства трехуровневых инверторов и выпрямителей указаны в § 4 и § 5. Многие фирмы исполь­зуют преимущества этих устройств в трехуровневых преобразователях частоты [15], [43], [77], [78].

На рис. 10.1 представлена схема с преобразователем частоты с трехуровневым транзистор­ным выпрямителем и трехуровневым инвертором напряжения.

Рис. 10.1 Схема преобразователя частоты с трехуровневым активным выпрямителем и трехуровневым транзисторным инвертором

В схеме рис. 10.1 питающая сеть представлена трехфазным источником напряжения, кото­рый содержит фазные ЭДС esn (n = 1, 2, 3) и фазные индуктивности ls. Трехфазный источник имеет фазные напряжения usn и фазные токи isn. В схеме изображен также пропорционально­интегральный регулятор действующего напряжения сети. На вход этого регулятора поступают сигналы по мгновенным значениям напряжений сети. На выходе регулятора формируется ампли­туда фазных ЭДС сети Esm.

Между трехфазным источником и трехуровневым транзисторным выпрямительным мос­том включен трехфазный дроссель с индуктивностями фаз 1др и активными сопротивлениями фаз гдр-

В транзисторном выпрямителе uvn – фазные напряжения моста, ivnm – токи в плечах (n = 1, 2, 3, m = 1, 2, 3, 4),

ijnb ijn2 ~~ токи в диодах выпрямителя, подключенных к точке соединения друг с другом конденсаторов, idvi , idV2 , idv3 – выпрямленные токи положительного среднего и отрица­тельного полюсов выпрямителя.

В цепи выпрямленных токов urci и игс2 – напряжения конденсаторов, сь гсЬ icb с2, rc2, ic2, – емкости, активные сопротивления и токи конденсаторов, rzl, rz2, iz]. iz2 – активные сопротивления и токи цепей защиты от перенапряжений.

В инверторе idib idl2, idB – выпрямленные токи, imm – токи в плечах моста (п – номер фазы, m

–     номер плеча моста), ikni, ikn2 – токи в диодах, подключенных к точке соединения друг с другом конденсаторов, un – напряжения фаз инвертора, in – токи фаз инвертора.

В нагрузке гн, 1н – активные сопротивления и индуктивности фаз.

В схеме рис. 10.1 преобразователь частоты содержит систему управления СУ. В систему управления поступают сигналы по напряжениям usn и токам isn сети, по напряжениям конденсато­ров иГС1 и игс2, по токам нагрузки in. На выходе системы управления формируются импульсы управ­ления ИУ транзисторами.

Система управления обеспечивает:

–                    поддержание на заданном уровне напряжений конденсаторов;

–                    поддержание синусоидальной формы тока, потребляемого из питающей сети;

–                    поддержание заданного коэффициента мощности электроэнергии, потребляемой из

сети;

–                    поддержание действующего тока нагрузки на заданном уровне.

Математическое описание схемы осуществляется при разделении ее на взаимосвязанные подсхемы. Для выполнения этой процедуры осуществляется замена конденсаторов зависимыми источниками напряжения urci и иГС2 в соответствии с выражениями (9.1). Затем зависимые источ­ники напряжения переносятся в другие ветви схемы. При этом источник urci переносится в те вет­ви, которые соединяются друг с другом в положительном полюсе цепи выпрямленного напряже­ния, а источник 1ягс2 переносится в те ветви, которые соединяются в отрицательном полюсе. В ре­зультате исходная схема разделяется на подсхемы, изображенные на рис. 10.2.

Рис. 10.2 Разделение схемы с активным выпрямителем и трехуровневым транзисторным инвертором на подсхемы

Токи izi и iz2 в цепях защиты от перенапряжений определяются в соответствии с выраже­ниями (9.7).

Токи в конденсаторах определяются следующими выражениями:

Математическое описание трехуровневого автономного инвертора напряжения с системой управления представлено в § 4. Описание трехуровневого активного выпрямителя с системой управления и питающей сетью с регулятором напряжения представлено в § 5.

Программа расчета электромагнитных процессов в схеме рис. 10.1 разработана на основе указанного математического описания (программа 10, представлена на CD).

В качестве примера выполнен расчет по программе 10 установившегося режима работы при следующих исходных данных. Напряжение питающей сети 1500 В, частота напряжения сети 50 Гц, индуктивность фаз 0,5 мГн. Нагрузка преобразователя частоты имеет активную мощность 800 кВт, полную мощность 1000 кВА, номинальную частоту 50 Гц, номинальное напряжение 2080 В. При этом в нагрузке активное сопротивление фазы 3,46 Ом, индуктивность фазы 8,26 мГн. На входе преобразователя частоты используется трехфазный дроссель с индуктивностью фаз

2  мГн. Емкость каждой конденсаторной батареи преобразователя частоты 10000 мкФ. Частота опорных напряжений выпрямителя 4000 Гц. Частота опорных напряжений инвертора 2500 Гц. За­данный коэффициент мощности электроэнергии, потребляемой из сети, равен 1. Заданное вы­прямленное напряжение 3300 В. Заданный действующий ток нагрузки 277,6 А. Результат расчета представлен на рис. 10.3 в виде диаграммы мгновенных значений токов и напряжений.

Рис. 10.3 Напряжения и токи в схеме с преобразователем частоты с трехуровневыми выпрямителем и инвертором

В таблице 10.1 представлены результаты анализа рассматриваемого режима работы преоб­разователя.

Таблица 10.1 Результаты анализа токов и напряжений рис. 10.3

Фазное напряжение питающей сети, В Коэффициент искажения синусоидальности

866.194

0.08877

Частоты гармоник, Гц

Действующие значения

Фазы, гр.

50

862.774

-4.2233

3800

18.208

-17.7108

4200

19.450

-151.2905

7750

17.039

-86.2876

7950

26.887

19.4395

8050

23.278

-173.4761

Фазный ток питающей сети, А

310.828

Коэффициент искажения синусоидальности

0.04767

Частоты гармоник, Гц

Действующие значения

Фазы, гр.

50

310.474

-2.8956

250

8.458

-129.3933

350

10.722

-171.0789

Выпрямленный ток положит.

полюса выпрямит., А

264.950

Частоты гармоник, Гц

Действующие значения

Фазы, гр.

150

62.338

145.5952

4000

131.045

95.7593

8000

53.502

-75.2138

Выпрямленный ток положит.

полюса инвертора, А

266.081

Частоты гармоник, Гц

Действующие значения

Фазы, гр.

150

80.785

107.5630

2350

31.185

-128.7493

2500

31.223

106.7444

2650

29.613

-29.8882

Ток 1 конденсатора, А

201.310

Частоты гармоник, Гц

Действующие значения

Фазы, гр.

150

49.789

-122.9161

2350

33.204

49.9153

2500

33.877

-72.6673

2650

28.695

154.0769

4000

131.087

95.6929

Напряжение 1 конденсатора, В

1498.246

Максимальное значение

1508.008

Минимальное значение

1484.467

Напряжение нагрузки, В

1246.267

Коэффициент искажения синусоидальности

0.2672

Частоты гармоник, Гц

Действующие значения

Фазы, гр.

50

1200.954

-3.4571

2400

141.492

100.5748

2600

151.192

87.7987

4650

87.883

-148.0917

5350

92.057

-16.1970

Ток нагрузки, А

277.462

Коэффициент искажения синусоидальности

0.01309

Частоты гармоник, Гц

Действующие значения

Фазы, гр.

50

277.438

-40.3439

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