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.
- Предыдущая запись: СИНТЕЗ ПОЛЯРИЗАТОРА, РЕАЛИЗОВАННОГО НА ИЗГИБЕ ВОЛНОВОДА
- Следующая запись: EHF ЕМ-WAVE REFLECTION ANISOTROPY IN THE SUBSTANTIATION OF ATHEROSCLEROSIS FORMATION
- ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНОГО РАДИОПРИЕМНИКА (0)
- ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АККУМУЛЯТОРА (0)
- ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛИТИЙ-НОННОГО ЭЛЕМЕНТА КОНТРОЛЛЕР ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА (0)
- ОГРАНИЧИТЕЛЬ ЗАРЯДНОГО TOKA АККУМУЛЯТОРА (0)
- ИНДИКАТОР НАПРЯЖЕНИЯ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ ПРОСТАЯ СХЕМА (0)
- ИНДИКАТОР УРОВНЯ НАПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕМЕНТА ПИТАНИЯ (0)
- ИНДИКАТОР РЕЖИМА ЗАРЯДА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ (0)