Содержание 1 Опубликовано: ЭЛЕКТРИЧЕСТВО, ЂЂЂ 11, 2007 АНАЛИЗ ИСКАЖЕНИЙ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ И СЕТЕВОГО ТОКА МАТРИЧНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫК.т.н. Чаплыгин Е.Е.ПОСТАНОВКА ВОПРОСА. Исследования непосредственных преобразователей частоты (НПЧ) интенсивно проводились еще с 60-х г.г. ХХ века. Однако главенствующее положение в преобразовательной технике занимали и занимают преобразователи частоты со звеном постоянного тока, состоящие из выпрямителя (в том числе активного выпрямителя), фильтра в цепи постоянного тока и инвертора, чаще всего автономного инвертора напряжения (АИН). Появление мощных высокочастотных транзисторов вызвало возрождение интереса к НПЧ и появлению большого числа публикаций, посвященных, в частности, трехфазно-трехфазному НПЧ, в котором каждая фаза нагрузки с помощью двухпроводящего ключа связана с каждой фазой сети (рис. 1.а). Такой преобразователь называют матричным преобразователем частоты (МПЧ) [1-3]. Как известно, в симметричной трехфазной системе кривая мгновенной мощности не имеет пульсаций, поэтому в схеме преобразователя частоты могут отсутствовать накопительные элементы. Входной фильтр МПЧ лишь замыкает формируемые преобразователем составляющие входных токов с частотами, расположенными вблизи и выше частоты коммутации ключей преобразователя, поэтому имеет благоприятные массогабаритные и стоимостные показатели. Применение широтно-импульсной модуляции (ШИМ) в такой структуре позволяет добиться весьма высокого качества выходного напряжения при потреблении из сети тока, кривая которого близка к синусоиде, а основная гармоника синфазна напряжению сети. МПЧ способен передавать энергию в двух направлениях ЂЂЂ от сети в нагрузку и обратно. В [2] показано, что схема рис. 1, а эквивалентна схеме другого преобразователя частоты, названного в [1] двухзвенным НПЧ, показанного на рис. 1, б и состоящего из активного выпрямителя на базе инвертора тока (АИТ) и инвертора напряжения (АИН), накопительные элементы в цепи постоянного тока отсутствуют. В схеме рис. 1,а АИТ и АИН являются виртуальными. Эквивалентность схем рис. 1 базируется на соотношениях, связывающих коммутационные функции ключей преобразователя рис. 1,а с коммутационными функциями НПЧ рис. 1.б (Fi = 1, когда i-й ключ проводит ток, Fi = 0 при непроводящем состоянии ключа): Fв1 = F1ЂЂЂF7 + F4ЂЂЂF10; Fв2 = F3ЂЂЂF7 + F6ЂЂЂF10; Fв3 = F5ЂЂЂF7 + F2ЂЂЂF10; Fв4 = F1ЂЂЂF9 + F4ЂЂЂF12; Fв5 = F3ЂЂЂF9 + F6ЂЂЂF12; Fв6 = F5ЂЂЂF9 + F2ЂЂЂF12; Fв7 = F1ЂЂЂF11 + F4ЂЂЂF8; Fв8 = F3ЂЂЂF11 + F6ЂЂЂF8; Fв9 = F5ЂЂЂF11 + F2ЂЂЂF8. Схема рис. 1,б не только более удобна для анализа электромагнитных процессов, но и сама по себе вызывает интерес исследователей, поскольку в ней по сравнению со схемой рис. 1,а проще осуществляется коммутация ключей [1]. Исследования НПЧ рис. 1 показали, что вопреки ожиданиям преобразователи имеют заметные искажения гармонического состава как выходного напряжения, так и сетевого тока [4]. Рассматривая вопрос о конкурентоспособности НПЧ по сравнению с традиционной схемой преобразователя частоты, состоящего из активного выпрямителя на базе инвертора напряжения, емкостного фильтра в цепи постоянного тока и инвертора напряжения, необходимо принимать во внимание различия в качестве формируемых такими преобразователями сигналов. Рационально сравнить идеализированные преобразователи, пренебрегая потерями и считая ключи идеальными. При анализе искажений необходимо учитывать импульсный характер процессов, поэтому анализ на основе обобщенного вектора, который является разновидностью анализа по усредненным значениям, не может дать полной картины процессов, а в случае несимметрии процессов такой анализ значительно усложняется и теряет свои преимущества. Можно использовать пакеты программ, ориентированные на исследование электрических схем, например, Matlab-simulink, как это сделано в [4]. Однако производительность подобных моделей в силу их универсальности недостаточна для исследования процессов, в которых на периоде повторения содержится несколько сот и более межкоммутационных интервалов, и это не позволяет собрать достаточный для обобщений материал на основе модельного эксперимента. Преимуществом обладает спектральный метод анализа [5], который превосходит готовые пакеты программ по производительности (скорость вычислений по крайней мере на порядок выше, чем при моделировании в системе MATLAB), а в ряде случаев позволяет анализировать процессы без проведения подробных вычислений, а лишь на основе спектральных представлений. При использовании модифицированного спектрального метода [5] для задания коммутационных функций вводится модель модулятора, реализующего вертикальный принцип управления при ШИМ-1 или ШИМ-2, при этом электромагнитные процессы в силовой части преобразователя адекватно воспроизводятся при любом заранее заданном законе управления независимо от того, какой принцип действия положен в основу реальной системы управления. Использование спектрального метода не исключает подробного моделирования преобразователей (например, в том же базисе MATLAB) на заключительном этапе разработки преобразователя с целью детального уточнения параметров. Задачей данной работы является определение причин искажений в НПЧ рис. 1, рассмотрение возможности их устранения и сравнение показателей НПЧ с аналогичными показателями преобразователя частоты со звеном постоянного тока. Анализ проводится для идеализированных преобразователей, при этом все положения справедливы для любой из схем рис. 1. Вначале необходимо рассмотреть локально инвертор напряжения и инвертор тока, входящие в состав схемы рис. 1,б. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССОВ В ИНВЕРТОРЕ НАПРЯЖЕНИЯ. В схеме рис. 1,б инвертор напряжения выполнен на ключевых элементах V7 ЂЂЂ V12. При рассмотрении инвертора напряжения принимаем во внимание три аспекта: коэффициент преобразования по напряжению kU.АИН - отношение максимально возможного действующего значения основной гармоники выходного напряжения АИН к среднему напряжению в цепи постоянного тока. Поскольку активный выпрямитель в схеме рис. 1,б является понижающим, этот аспект является весьма важным; качество выходного напряжения АИН. В первую очередь представляют интерес низшие гармоники спектра, ближайшие к основной гармонике; форма входного тока инвертора, а точнее характер интервалов потребления тока id АИН из цепи постоянного тока. Особое значение этого параметра будет пояснено ниже. Для получения высокого качества выходного напря
446.92 Kb.Название страница1/3Дата конвертации19.09.2012Размер446.92 Kb.Тип источник
Анализ искажений выходного напряжения и сетевого тока матричного преобразователя частоты
Анализ искажений выходного напряжения и сетевого тока матричного преобразователя частоты
Комментариев нет:
Отправить комментарий