Энергоэффективные алгоритмы в электроприводе с многоуровневым преобразователем частоты тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат наук Коротков, Александр Александрович

• Коротков, Александр Александрович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Коротков, Александр Александрович

СОДЕРЖАНИЕ стр.

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ТОПОЛОГИИ И МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНЫМИ МНОГОУРОВНЕВЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ ЧАСТОТЫ

1.1. Топология и принципы построения высоковольтных преобразователей

1.2. Анализ методов ШИМ многоуровневого каскадного преобразователя

1.2.1. Алгоритмы синусоидальной ШИМ

1.2.2. Алгоритмы векторной ШИМ

1.3. Термины и определения

1.3.1. Анализ терминологии многоуровневого преобразователя

1.3.2. Классификация векторов и треугольников диаграммы напряжений

1.3.3. Ячейка и её состояния

Выводы по главе 1

2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ МНОГОУРОВНЕВЫМ КАСКАДНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ В РАМКАХ ВЕКТОРНОЙ СТРАТЕГИИ ШИМ

2.1. Закон модуляции векторной ШИМ

2.2. Синтез алгоритма коммутации

2.3. Алгоритм распределения коммутаций по ячейкам

2.4. Небаланс напряжений ячеек многоуровневого каскадного преобразователя

2.4.1. Векторное формирование ШИМ с модулем компенсации небаланса

2.4.2. Алгоритм компенсации небаланса напряжений

2.4.3. Коррекция в режиме ограничения компенсации

2.4.4. Результаты моделирования

2.5. Шунтирование ячеек многоуровневого каскадного преобразователя

2.5.1. Режимы функционирования ячеек

2.5.2. Векторное формирование ШИМ с модулем шунтирования

ячеек

2.5.3. Результаты моделирования

Выводы по главе 2

3. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ АЛГОРИТМОВ ФОРМИРОВАНИЯ

ШИМ МНОГОУРОВНЕВОГО КАСКАДНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

3.1. Цифровая модель высоковольтного электропривода

3.2. Потери мощности в системе «ВПЧ-АД»

3.2.1. Дополнительные потери от высших гармоник

3.2.2. Критерий оценки дополнительных потерь в обмотках двигателя

3.2.3. Потери в силовых IGBT модулях

3.3. Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения

3.4. Результаты моделирования. Методика поиска оптимальной частоты ШИМ

Выводы по главе 3

4. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА С МНОГОУРОВНЕВЫМ КАСКАДНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

4.1. Внутренняя организация каскадного ВМПЧ и алгоритмы взаимодействия его элементов

4.2. Практические вопросы реализации алгоритмов ШИМ каскадной структуры ВМПЧ

4.3. Первичная компенсация небаланса напряжений ячеек

4.4. Уточнённая модель высоковольтного частотно - регулируемого привода

4.5. Технологический критерий как показатель работоспособности привода

4.6. Испытание опытного образца каскадного ВМПЧ на низком напряжении

Выводы по главе 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1. Справочные данные на высоковольтный асинхронный

двигатель АОД-1000-6ДУ1

Приложение 2. Диаграммы спектров выходных напряжений и токов

многоуровневого каскадного преобразователя

Приложение 3. Внешний вид шкафов опытного образца ВМПЧ

Приложение 4. Справочные данные на асинхронный двигатель

5А80МВ6УЗ. Результаты испытаний опытного образца ВМПЧ

Приложение 5. Результаты испытаний низковольтного макета каскадного преобразователя

Приложение 6. Материалы по внедрению результатов работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Энергоэффективные алгоритмы в электроприводе с многоуровневым преобразователем частоты»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

Стратегия развития и модернизации любой современной отрасли народного хозяйства (промышленности, электроэнергетики, коммунального хозяйства), использующей высоковольтное приводное электрооборудование, заключается не только в наращивании мощностей производства, но и в совершенствовании и внедрении новых перспективных технологий и технологических процессов, направленных на повышение эффективности и энергосбережение.

Переход к высоковольтному частотно-регулируемому приводу (ВЧРП) механизмов насосно-вентиляторной группы в ряде мощностей 250-8000кВт [17-20] позволяет получить значительный эффект энергосбережения, повысить надёжность эксплуатации и увеличить ресурс технологического и электрического оборудования. Таким образом, задача разработки энергоэффективных систем ВЧРП представляется перспективной и решается выбором схемотехнического решения и разработкой на его основе оптимального по энергетическим показателям алгоритма управления высоковольтным преобразователем частоты (ВПЧ).

Анализ потенциальной потребности российской промышленности в регулируемых электроприводах большой мощности [17,18] подтверждает актуальность вышеуказанных задач, комплексное решение которых должно обеспечивать максимальный коэффициент полезного действия (КПД) ВЧРП, минимальную себестоимость, синусоидальную форму потребляемого из сети тока, минимальный коэффициент гармонических искажений выходного напряжения и эксплуатационную надёжность.

Выбор оптимальной топологии ВПЧ во многом определяется требованиями технологического характера и является сложной, многокритериальной задачей. Характеристики двухтрансформаторных схем ВПЧ [19] с промежуточным низковольтным преобразователем в области высоковольтного электропривода показывают относительно низкий КПД и ограничение по мощности (порядка 5001250кВт). С появлением новых полупроводниковых силовых приборов: полностью управляемых ОТО, ЮСТ, 8ССТ-тиристоров и ЮВТ-гранзисторов - тополо-

гия двухзвенных высоковольтных преобразователей получает всё большее распространение. На сегодняшний день, в схемной топологии двухзвенных ВПЧ сформировался ряд основных принципиально отличающихся подходов [9,12,19,20,30-34,45,48]: автономный инвертор тока (АИТ) по мостовой схеме на обычных (SCR) тиристорах и АИТ по мостовой схеме на полностью управляемых симметричных тиристорах (GTO, SGCT); 3-уровневый автономный инвертор напряжения (АИН) по схеме с ёмкостным делителем напряжения; 4-уровневый АИН по схеме с плавающими конденсаторами и многоуровневый АИН по схеме с каскадным соединением ячеек.

С одной стороны, современные высоковольтные полупроводниковые ключи IGBT (с рабочим напряжением 3,3kB, 4,5кВ, 6,5кВ) или высоковольтные IGCT модули позволяют использовать классическую мостовую схему двухуровневого АИН. Однако, такое схемотехническое решение в области средних и высоких напряжений малоэффективно с экономической и технической точки зрения, поскольку высоковольтные ключи обладают более низким КПД, высокой стоимостью и сложностью обслуживания. Сравнение КПД трёхфазных автономных инверторов на силовых ключах трёх классов напряжения (1700В, 3300В, 7500В) [12,13,14] показало, что применение низковольтных (1700В) транзисторов IGBT позволяет создавать преобразовательные устройства с большей мощностью и КПД.

Высоковольтные многоуровневые (3-х и более) преобразователи частоты (ВМПЧ), построенные по классической двухзвенной топологии, используют предложенный около 20 лет назад принцип преобразования энергии, основанный на переключении по заданному закону разрешённых дискретных уровней напряжения. К преимуществам многоуровневых схем ВПЧ относят повышение качества выходной энергии и снижение коммутационных потерь в полупроводниковых вентилях [31,32,34,45].

Значительный вклад в исследование структур и разработку алгоритмов управления ВМПЧ внесли российские учёные: Лазарев Г.Б., Шрейнер Р.Т., Они-щенко Г.Б., Альтшуллер М.И., Берестов В.М., Колпаков А.И. Существенных ре-

зультатов в развитии теории и практической реализации высоковольтных преобразователей различных структур достигли иностранные учёные: Corzine К.А., Fazel S.S., Gupta A.K., McGrath B.P., McKenzie K.J., Celanovic N.

Разработкой и производством ВПЧ занимается ряд российских фирм: ОАО «Электровыпрямитель» (ВПЧ типа ВПЧА с номинальным напряжением 6кВ и мощностью 500-2000кВт), ООО «Л-Старт» (ВПЧ типа ВПЧА или ВПЧС с номинальным напряжением 3,6,ЮкВ и мощностью 250-7600кВт), ОАО ВНИИР (ВПЧ типа ABS Drive А с номинальным напряжением 6, ЮкВ и мощностью 2505600кВт), ЗАО «Энергокомплект» (ВПЧ типа EK-AV6 с номинальным напряжением 6кВ и мощностью 2000кВт), ЗАО «Эрасиб» (ВПЧ типа ВЧРП с номинальным напряжением 3,6,ЮкВ и мощностью 250-8000кВт), ЗАО НТЦ «Приводная техника» (ВПЧ типа ВЧРП с номинальным напряжением 3,6,ЮкВ и мощностью 250-5000кВт). Зарубежными фирмами Allen Bradley, Siemens, ABB, General Electric, Toshiba, Mitsubishi организовано серийное производство и освоено внедрение мощных регулируемых высоковольтных электроприводов в различные отрасли промышленности.

Типовым схемотехническим решением ВМПЧ представленных на рынке российских фирм-производителей является многоуровневая каскадная структура АИН, обеспечивающая снижение гармонических искажений выходного напряжения, возможность расширения мощности путём увеличения числа уровней, эффективность и надёжность в процессе эксплуатации.

Большинство производителей каскадных ВМПЧ для управления используют методы синусоидальной широтно-импульсной модуляции (ШИМ) [14,17,34,42, 51,52], либо ШИМ с избирательным подавлением гармоник [23,33,44,46,47], тогда как пространственно-векторный способ ШИМ [2,21,35-38,40,43,45,50] обладает большим потенциалом оптимизации и энергосбережения. Анализ литературных источников показывает, что на данный момент в недостаточной мере исследованы вопросы синтеза энергоэффективных векторных алгоритмов формирования ШИМ многоуровневого каскадного преобразователя и их сравнение с традиционными алгоритмами ШИМ.

Применение векторного подхода ШИМ позволяет по-новому подойти к таким актуальным вопросам построения каскадного ВМПЧ, как шунтирование вышедших из строя ячеек [17] для повышения надёжности работы ВЧРП и компенсация небаланса напряжений [21,33], возникающего вследствие колебания напряжений в звене ячеек в процессе работы. Небаланс напряжений каскадного преобразователя напрямую определяет точность регулирования выходных переменных привода (скорости, момента). Алгоритмы ограничения [36,41] в рамках векторной стратегии ШИМ обеспечивают максимальное использование преобразователя по напряжению.

Диссертационная работа посвящена решению указанных вопросов и выполнялась в Научно-техническом центре электропривода «Вектор» кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок» (ЭП и АПУ) в ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина» (ИГЭУ) по заказу ООО «ЧЭАЗ-ЭЛПРИ» Чебоксарского электроаппаратного завода в рамках договора №13.025.31.0060 (от 22 октября 2010 г.) «Разработка и организация серийного производства мощных частотно-регулируемых приводов» между ОАО «ЧЭАЗ» (г. Чебоксары) и Минобрнауки России.

Целью работы является разработка, исследование и практическая реализация оптимального по энергопотерям алгоритма векторного формирования ШИМ многоуровневого каскадного преобразователя частоты с функциями компенсации небаланса напряжений и шунтирования аварийных ячеек при работе в составе высоковольтного электропривода.

В соответствии с поставленной целью решаются следующие задачи.

1. Провести анализ существующих методов и выбрать рациональные критерии формирования ШИМ многоуровневого каскадного преобразователя в рамках координатной и векторной стратегий управления.

2. Разработать векторный алгоритм ШИМ каскадного преобразователя с минимизацией коммутационных потерь, функциями шунтирования аварийных ячеек и компенсации небаланса входных напряжений.

3. Разработать программный комплекс для исследования статических и динамических режимов работы высоковольтного электропривода, его энергетических характеристик и показателей точности регулирования выходных переменных при различных вариантах ШИМ каскадного преобразователя.

4. Разработать методики и выполнить сравнительный анализ энергоэффективности высоковольтного электропривода на компьютерной модели с разработанным алгоритмом векторной ШИМ и традиционным способом синусоидальной ШИМ.

5. Выполнить исследование внутренней архитектуры и разработать алгоритмы сетевого взаимодействия элементов каскадного преобразователя в процессе работы.

6. Реализовать разработанные алгоритмы формирования ШИМ на макетном и опытном образце каскадного преобразователя и провести лабораторные испытания в составе низковольтной физической модели электропривода.

Научная новизна работы

1. Предложена методика синтеза алгоритма управления п-уровневым каскадным преобразователем, построенная в рамках стратегии векторного формирования ШИМ с жестко заданным законом коммутации и обеспечивающая минимизацию коммутационных потерь в силовых элементах ячеек.

2. Разработаны структуры управления, алгоритмы работы и математические модели высоковольтного электропривода, учитывающие реальную конфигурацию силовой схемы каскадного преобразователя, способ формирования ШИМ, параметры трансформатора, силовых ячеек и нагрузки, а также обеспечивающие шунтирование аварийных ячеек и компенсацию небаланса их входных напряжений.

3. Предложена методика оптимизации алгоритмов векторной и синусоидальной ШИМ каскадного преобразователя, позволяющая на основе математического моделирования высоковольтного электропривода и анализа его энергетических характеристик с учётом реальных параметров силовой схемы определить оптимальную частоту ШИМ по потерям энергии и уровню искажения синусоидальности.

4. Выполнен сравнительный анализ энергоэффективности высоковольтного привода с разработанным векторным и традиционным синусоидальным алгоритмами ШИМ на основе математического моделирования, показывающий снижение суммарных потерь в преобразователе при векторном способе ШИМ.

5. Предложена система классификации и символьно-графического обозначения векторов и треугольников диаграммы напряжений многоуровневого преобразователя, отличающаяся универсальностью подхода для любого числа уровней и позволяющая выделять определённые вектора из группы совпадающих, записывая их в установленной последовательности переключения.

Практическая ценность работы

1. Разработанные структуры и алгоритмы управления многоуровневым каскадным преобразователем частоты могут использоваться при создании высокоэффективных систем управления высоковольтным электроприводом переменного тока.

2. Разработанный комплекс программ имитационного моделирования высоковольтного электропривода позволяет на основе задания параметров силовой схемы каскадного преобразователя, асинхронного двигателя и нагрузки определить работоспособность привода в заданных режимах работы в рамках частотной системы управления, энергоэффективность алгоритмов ШИМ и соответствие качества регулирования требованиям технологического процесса и может использоваться в научных исследованиях и в учебном процессе.

3. Разработанные алгоритмы сетевого взаимодействия главного контроллера и контроллеров ячеек многопроцессорной архитектуры каскадного преобразователя позволяют эффективно организовать информационные потоки обмена данными и распределить задачи управления при реализации алгоритмов синусоидальной и векторной ШИМ в современных системах высоковольтного электропривода.

4. Результаты экспериментальных исследований опытного образца каскадного преобразователя в составе низковольтной физической модели привода показывают возможность практической реализации разработанных методик и алго-

ритмов векторной ШИМ с использованием комплекса программ имитационного моделирования и могут использоваться при оценке эффективности известных и новых технических решений в области высоковольтного электропривода.

Положения, выносимые на защиту

1. Методика синтеза, структуры и алгоритмы формирования векторной ШИМ многоуровневого каскадного преобразователя.

2. Методика расчёта оптимальной частоты модуляции векторной ШИМ.

3. Математические модели высоковольтного привода с каскадным многоуровневым преобразователем и алгоритмами векторного формирования ШИМ.

Соответствие диссертации паспорту специальности

Диссертация соответствует паспорту специальности 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы:

в части формулы специальности - «... исследования по общим закономерностям преобразования, ... и использования электрической энергии, а также принципы и средства управления объектами, определяющие функциональные свойства действующих или создаваемых электротехнических комплексов и систем промышленного, ... и специального назначения. В рамках научной специальности объектами изучения являются ... электропривода, ... могут рассматриваться как самостоятельные технологические комплексы и должны обеспечивать эффективное и безопасное функционирование ...»;

в части области исследования - п. 1: «... изучение системных свойств и связей, физическое, математическое, имитационное и компьютерное моделирование компонентов электротехнических комплексов и систем»; п. 2: «Обоснование совокупности технических, технологических, ... критериев оценки принимаемых решений в области проектирования, создания ... электротехнических комплексов и систем»; п. 3: «Разработка ... электротехнических комплексов и систем, их оптимизация, а также разработка алгоритмов эффективного управления»; п. 4: «Исследование работоспособности и качества функционирования электротехнических комплексов и систем в различных режимах, при разнообразных внешних воздействиях».

Достоверность и обоснованность изложенных в диссертации данных и выводов обеспечивается использованием современных информационно-технических средств, применением технологии моделирования для решения основных исследовательских задач, сравнением результатов моделирования с результатами, полученными опытным путем и при использовании общедоступной программы 8ЕМ18ЕЬ, распространяемой фирмой 8ЕМ1КЖЖ - одного из лидеров на рынке силовой электроники.

Личное участие автора

Автор принимал активное участие в разработке математического аппарата созданных моделей, а так же самостоятельно разрабатывал программы, реализующие модели. Автор разработал структуры и алгоритмы управления каскадным преобразователем в рамках векторной стратегии ШИМ, предложил методики и формулы для компенсации небаланса напряжений ячеек и шунтирования аварийных ячеек. Автором были разработаны математические модели высоковольтного привода с каскадным преобразователем и модуляторами векторного и синусоидального алгоритмов ШИМ. Автором предложены методики поиска оптимальной частоты модуляции и сравнительного анализа энергоэффективности различных алгоритмов ШИМ. Автор показал эффект энергосбережения в высоковольтном приводе с разработанным векторным алгоритмом ШИМ, выполнив сравнение по предложенной им методике с известным алгоритмом синусоидальной ШИМ. Автором исследована многопроцессорная архитектура каскадного преобразователя и предложены алгоритмы взаимодействия контроллеров. Автор участвовал в написании программ для контроллеров и проводил лабораторные испытания опытного образца высоковольтного каскадного преобразователя.

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва, МЭИ, 2011, 2013), Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (Бенардосовские чтения, г. Иваново, 2011, 2013), Региональной научно-

технической конференции студентов и аспирантов «Энергия-2011» (г. Иваново, 2011), Международной научно-технической конференции «Силовая электроника и энергоэффективность» (СЭЭ, Крым, г. Алушта, 2012), Международной конференции по автоматизированному электроприводу (АЭП, г. Иваново, 2012).

Публикации

Материалы диссертации нашли отражение в 10 опубликованных работах, в том числе в 2 статьях в ведущих рецензируемых журналах и изданиях (по списку ВАК).

Объём и структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав и заключения, списка используемой литературы из 52 наименований и 6 приложений. Количество страниц 174, в том числе рисунков 63, таблиц в тексте 15.

1. АНАЛИЗ ТОПОЛОГИИ И МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНЫМИ МНОГОУРОВНЕВЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ ЧАСТОТЫ

1.1. Топология и принципы построения высоковольтных преобразователей

Повышение энергоэффективности на объектах промышленности, электроэнергетики, коммунального хозяйства достигается, прежде всего, переходом от нерегулируемого к частотно-регулируемому электроприводу управления движением мощных механизмов за счёт формирования оптимальных режимов работы технологического оборудования и снижения собственных потерь преобразования энергии. Модернизация производства с приоритетным направлением на энергосбережение (т.е. сокращение непроизводственных расходов) и повышение надёжности эксплуатации оборудования послужила импульсом к развитию и совершенствованию схемотехнических решений и алгоритмов управления высоковольтными преобразователями. Достаточно много работ посвящено рассмотрению различных вариантов построения силовых схем [12,19,20,30,32,34], широко используемых современными производителями высоковольтной преобразовательной техники. Каждый из известных вариантов обладает преимуществами и недостатками, поэтому к вопросу выбора оптимальной топологии высоковольтного преобразователя следует подходить комплексно, оценивая возможность реализации требований технологических режимов с минимальными энергетическими потерями (максимальным КПД).

КПД высоковольтных преобразователей напрямую зависит от потерь мощности (на проводимость и коммутацию) в силовых управляемых ключах. Снижение напряжения, прикладываемого к силовым ключам, рассматривается как один из вариантов повышения эффективности высоковольтного преобразователя с экономической и энергетической точки зрения. Такое решение открывает перспективы использования низковольтных полупроводниковых силовых модулей с меньшими потерями мощности, более высокой частотой коммутаций, компактной и надёжной конструкцией.

Первым решением в области высоковольтного управляемого привода стала схема преобразователя с двумя трансформаторами и низковольтным инвертором напряжения [17,19,20]. Входной понижающий трансформатор преобразует высокое напряжение сети питания в напряжение номиналом 690В для низковольтного преобразователя, построенного по классической двухзвенной топологии с промежуточным звеном постоянного напряжения. Выходной повышающий трансформатор сглаживает пульсации выходного тока и обеспечивает согласование по напряжению низковольтного инвертора с асинхронным высоковольтным двигателем. К недостаткам двухтрансформаторной схемы относят его высокую стоимость и низкие массогабаритные показатели, снижение общего КПД, а также ограничение мощности (порядка 500-1250кВт), определяемое ограничением по току силовых элементов низковольтного инвертора.

Значимым этапом на пути развития схемотехники высоковольтных преобразователей становится появление многоуровневых схем. Многоуровневые преобразователи строятся по двухзвенной топологии с промежуточным звеном постоянного тока или напряжения.

Обобщённая структурная схема высоковольтного электропривода показана на рис. 1.1 и включает в себя [45]: входной фазосдвигающий трансформатор, управляемый (или неуправляемый) выпрямитель, звено постоянного тока или напряжения, инвертор тока или напряжения, выходной фильтр и приводной двигатель.

Высоковольтный преобразователь

Л

ПТУУЛ

или

-О*

Сеть Входной ^ Звено постоянного .. Выходной л

, Выпрямитель . Инвертор , Двигатель

питания трансформатор тока/напряжения г фильтр

Рис. 1.1. Обобщенная блок-схема высоковольтного преобразователя частоты с промежуточным

звеном постоянного тока/напряжения

Входной фазосдвигающий трансформатор (может не использоваться) с несколькими вторичными обмотками часто включается со стороны питающей сети для гальванической развязки и уменьшения искажений входного тока сети. Если инвертор получает питание от источника напряжения с ёмкостным фильтром в звене, то такой инвертор является автономным инвертором напряжения и формирует задание первой гармоники по напряжению. Если инвертор получает питание от источника тока, то такой инвертор называют автономным инвертором тока, формирующим требуемое значение выходного тока. Выпрямитель может быть неуправляемым (на диодах) или полностью управляемым (на полупроводниковых управляемых ключах).

К высоковольтному приводу предъявляется ряд требований: со стороны сети - ограничение искажения входного тока (минимальное воздействие на сеть), высокий коэффициент мощности; со стороны двигателя - допустимый коэффициент гармоник выходного напряжения и возможные резонансные явления.

С целью дальнейшего снижения субгармонических составляющих со стороны сети используют схемы многопульсного (12-, 18- и 24-пульсного) выпрямления. Пример схемы 12-пульсного выпрямителя с входным трансформатором показан на рис. 1.2. Вторичные обмотки фазосдвигающего трансформатора подключены каждая к своему 6-пульсному выпрямителю. Выходы выпрямителей соединены последовательно и составляют напряжение ис) =исП +и■

I Входной и . | трансформатор

о

Сеть питания

Первичная Вторичные обмотка обмотки

Выпрямители

Рис. 1.2. Структура 12-пульсного выпрямителя с входным трансформатором

Со стороны двигателя разработаны типовые схемы многоуровневых инверторов [12,30,30-34,45]:

- структура с ёмкостным делителем напряжения (NPC VSC - Neutral Point Clamped Voltage Source Converter);

- структура с плавающими конденсаторами (FLC VSC - Flying Capacitor Voltage Source Converter);

- каскадная структура (SCHB VSC - Series Connected H-bridge Voltage Source Converter).

Топология высоковольтных преобразователей с многоуровневым инвертором по сравнению с классическим двухуровневым автономным инвертором обладает рядом существенных преимуществ:

- снижение величины напряжения на управляемых электронных ключах за счёт их последовательного соединения. Это улучшает динамические характеристики силовых ключей и увеличивает КПД преобразования энергии;

- наращивание напряжения и мощности, которое достигается увеличением количества последовательно включённых силовых ключей, либо структурных узлов на их основе, и не требует дорогостоящих элементов;

- снижение искажений синусоидальности выходного напряжения преобразователя и входного тока питающей сети;

- снижение потерь мощности в силовых управляемых ключах;

- снижение du/dt выходного напряжения;

- снижение габаритных и стоимостных показателей выходных LC-фильтров.

Схемы трёхуровневых инверторов структуры NPC VSC (с ёмкостным делителем напряжения) и структуры FLC VSC (с плавающими конденсаторами) показаны на рис.1.3. В табл.1.1 и табл.1.2 показаны состояния ключей в фазе А трёхуровневых инверторов структуры с ёмкостным делителем напряжения и плавающими конденсаторами соответственно.

а) б)

Рис. 1.3. Топология трёхфазного фёхуровневого инвертора: а - с ёмкостным делителем напряжения; б - с плавающими конденсаторами

Таблица 1.1. Сосюяния ключей в фазе А инвертора с ёмкостным делителем напряжения

Состояние ключей в фазе A, sa Состояние силовых транзисюров Напряжение в фазе А инвертора, Uag

УТа2 УТаЗ УТа4

0 выкл. выкл вкл. вкл. 0

1 выкл. вкл вкл. выкл.

2 вкл. вкл выкл. выкл. U dc\ + U del

Таблица 1.2. Состояния ключей в фазе А инвертора с плавающими конденсаторами

Состояние ключей в Состояние силовых транзисторов Напряжение в фазе А

фазе A, sa У'1'а. VT п у 1 а! VT , г 1 аЪ УТаА инвертора, и^

0 ВЫКЛ выкл вкл. вкл. 0

1 выкл вкл выкл. вкл.

вкл выкл. вкл выкл. иа-иас\

2 BKJI вкл выкл выкл.

Остановимся более подробно на конфигурации каскадных преобразователей (8СНВ У8С). На рис. 1.4 показана схема трёхфазного пятиуровневого каскадного инвертора, в каждой фазе которого последовательно соединены однотипные

структурные элементы - ячейки. Количество ячеек р = 2 в каждой фазе одинаково и определяет число уровней выходного напряжения преобразователя. Конструкция каждой ячейки представляет собой типовой однофазный инвертор напряжения (Н-мост), получающий питание от независимого источника постоянного напряжения. Выходное напряжение каждой ячейки в зависимости от комбинации ключей может принимать три возможных уровня: +ис1хг-ис1хг 0. Напряжение в фазе преобразователя равно сумме выходных напряжений всех ячеек. Описание состояний 1-ой ячейки в фазе А каскадного инвертора содержит табл. 1.3.

Рис. 1.4. Топология трехфазного пятиуровневого каскадного инвертора Таблица 1.3. Сосюяния ¡-той ячейки в фазе А каскадного инвертора

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Коротков, Александр Александрович, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Альтшуллер, М.И. Релейное регулирование тока в высоковольтном электроприводе [Текст] / М.И. Альтшуллер, С.А. Лазарев, И.И. Иванчин // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып.З: в 5 ч. - 2010. - 4.2. - С. 3-11. - ISSN 2071-6168.

2. Берестов, В.М. Алгоритм управления многоуровневым инвертором напряжения [Текст] / В. М. Берестов, С. А. Харитонов // Труды междунар. 14 науч-технич. конфер. «Электроприводы переменного тока» (ЭППТ 2007). - Екатеринбург, 13-16 марта 2007 г. - С. 109-118.

3. Брованов, C.B. Комбинации состояний ключей и анализ электромагнитных процессов в многоуровневых преобразователях [Текст] / C.B. Брованов // Электротехника. - 2009. - №6. - С. 20-27.

4. Виноградов, А.Б. Анализ энергетических показателей и методика выбора оптимальных алгоритмов широтно-импульсной модуляции для управления трёхфазным инвертором напряжения [Текст] / А.Б. Виноградов, Д.Б. Изосимов // Электричество. - 2009. - №5. - С. 37-41.

5. Виноградов, А.Б. Векторное управление электроприводами переменного тока [Текст] / ФГБОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». - Иваново, 2008,- 320с.

6. ГОСТ Р МЭК/ТС 60034-17-2009 (ИСО 60034-17 : 2006). Машины электрические вращающиеся. Часть 17. Руководство по применению асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором при питании от преобразователей [Текст]. - Введ. 2011-01-01. - М.: Стандартинформ, 2011. - 111, 14 с. - (Национальные стандарты Российской Федерации).

7. ГОСТ Р МЭК 60034-2-1-2009 (ИСО 60034-2-1 : 2007). Машины электрические вращающиеся. Часть 2-1. Стандартные методы определения потерь и коэффициента полезного действия вращающихся электрических машин (за исключением машин для подвижного состава) [Текст]. - Введ. 2011-01-01. - М.: Стандартинформ, 2011. - 1 11, 52 с. - (Национальные стандарты Российской Федерации).

8. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения [Текст]. - Введ. 1999-01-01. -М.: Стандар-тинформ, 2006. - 111, 31 с. - (Межгосударственные стандарты).

9. Донской, Н. Многоуровневые автономные инверторы для электропривода и электроэнергетики [Текст] / Н. Донской, А. Иванов, В. Матисон, И. Ушаков // Силовая электроника. - 2008. - №1. - С. 43-46.

10. Изосимов, Д.Б. Симплексные алгоритмы управления трехфазным автономным инвертором напряжения с ШИМ [Текст] / Д.Б. Изосимов, С.Е. Рывкин, C.B. Шевцов//Электротехника. - 1993.-№12. - С. 14-20.

11. Изосимов, Д.Б. Алгоритмы векторной широтно-импульсной модуляции трёхфазного автономного инвертора напряжения [Текст] / Д.Б. Изосимов, C.B. Байда // Электротехника. - 2004. - №4. - С. 21-31.

12. Колпаков, А.И. Схемотехника мощных высоковольтных преобразователей [Текст] / А.И. Колпаков // Силовая электроника. -2007. - №2.

13. Колпаков, А.И. Энергия принесённая ветром [Текст] / А.И. Колпаков // Силовая электроника. -2005. - №3. - С. 6-11.

14. Колпаков, А.И. Алгоритмы управления многоуровневыми преобразователями [Текст] / А.И. Колпаков, Е.Е. Карташев // Силовая электроника. - 2009. -№2.-С. 57-65.

15. Колпаков, А.И. Принципы работы и особенности программы теплового расчёта SEMISEL [Текст] / А.И. Колпаков, Е.Е. Карташев // Электронные компоненты. - 2004. - №6. - С. 94-102.

16. Колпаков, А.И. Программа SEMISEL - «скорая помощь» разработчику [Электронный ресурс]: статья. - Электрон, текстовые и графические данные (1 файл). - Режим доступа: http://www.sindopower.com/out/pictures/ wysiwigpro/rus/06_Semi-Sel.pdf, свободный.

17. Краснов, Д.В. Анализ технологических возможностей и выбор оптимальной топологии высоковольтных регулируемых электроприводов переменного

тока [Текст]: дис: канд. техн. наук: 05.09.03: защищена 17.05.12 / Краснов Дмитрий Валерьевич. - Москва, 2012. - 174 с. -Библиогр.: с. 159-164.

18. Краснов, Д.В. Оценка потребности в высоковольтных регулируемых электроприводах переменного тока [Текст] / Д.В. Кранов, Г.Б. Онищенко // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып.З. -2010. - 4.1. - С. 73-81.

19. Лазарев, Г.Б. Частотно-регулируемый электропривод насосных и вентиляторных установок - эффективная технология энерго- и ресурсосбережения на тепловых электростанциях [Текст] / Г.Б. Лазарев // Силовая электроника. - №3. -2007.-С. 41-48.

20. Лазарев, Г.Б. Высоковольтные преобразователи для частотно-регулируемого электропривода. Построение различных систем [Текст] // Новости электротехники. - 2005. - № 2(32). - С. 30 - 36.

21. Лазарев, С.А. Векторная ШИМ в многоуровневом инверторе напряжения [Текст] / С.А. Лазарев, И.И. Иванчин // Труды VII Междунар. (XVIII Всеросс.) конфер. по автоматизир. электроприводу АЭП-2012. - Иваново, 2-4 октября 2012г.-С. 410-414.

22. Рыбкин, С.Е. Широтно-импульсная модуляция напряжения трёхфазных автономных инверторов [Текст] / С.Е. Рыбкин, Д.Б. Изосимов // Электричество. -1997. -№6. -С. 33-38.

23. Сидорин, А.Е. Алгоритм распределения нагрузки обмоток входного трансформатора высоковольтного многоуровневого преобразователя частоты [Текст] / А.Е. Сидорин, Я.Н. Родин // Электротехнические комплексы и системы управления. -2007. -№1. - С. 63-65.

24. Соколовский, Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием [Текст]: учебник для студ. высш. учеб. заведений / Г.Г. Соколовский. - М.: Издательский центр «Академия», 2006. - 272 с.

25. Ткачук, A.A. Серия высоковольтных преобразователей для плавного пуска мощных электропривода [Текст] / A.A. Ткачук, В.К. Кривовяз // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып.З. -2010. - 4.2. - С. 52-58.

26. Храмшин, P.P. Многоуровневый высоковольтный преобразователь частоты для электропривода [Текст] / Р.Р. Храмшин, Т.Р. Храмшин, Е.А. Храмшина, Г.П. Корнилов // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып.З. -2010. - 4.1. - С. 191-195.

27. Шрейнер, Р.Т. Развитие высоковольтных каскадных преобразователей частоты для электропривода [Текст] / Р.Т. Шрейнер, В.К. Кривовяз, А.И. Калыгин // Труды V междунар. (XVI Всеросс.) конфер. по автоматизир. электроприводу (АЭП-2007). - Санкт-Петербург, 18-21 сентября 2007 г.-4.1.-С. 186-189.

28. Шрейнер, Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты [Текст] / Р.Т. Шрейнер. - Екатеринбург: УРО РАН. - 2000. - 654с.

29. Шрейнер, Р.Т. Электромеханические и тепловые режимы асинхронных двигателей в системах частотного управления [Текст]: учеб. пособие / Р.Т. Шрейнер, А.В. Костылев, В.К. Кривовяз, С.И. Шилин; под. ред. проф. д.т.н. Р.Т. Шрей-нера. - Екатеринбург: ГОУ ВПО «Рос. гос. проф.-пед. ун-т». - 2008. - 361с.

30. Bordignon, Р. Многоуровневые преобразователи источников напряжения для мощных приводов и управления энергопотреблением [Текст] / Paolo Bordignon // Труды IV Междунар. (XV Всеросс.) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП2004, часть 1. - Магнитогорск, 14-17 сентября 2004 г. -С. 91-101.

31. Celanovic, Nikola Space Vector Modulation and Control of Multilevel Converters [Электронный ресурс]: Ph.D. Dissertation / Nikola Celanovic. - Электрон, текстовые и графические данные (1 файл). - Режим доступа: http://www.mikrocontroller.net/attachment/108078space_vector_modulation_and_contr ol.pdf, свободный.

32. Corzine, К.А. Opération and Design of Multilevel Inverters [Электронный ресурс]: Ph.D. Dissertation / K.A. Corzine. - Электрон, текстовые и графические данные (1 файл). - Режим доступа: http://nerc.aticorp.org/papers/

inverters.pdf, свободный.

33. Cunnyngham, Tim Cascade Multilevel Inverters for Large Hybrid-Electric Vehicle Applications with Variant DC Sources [Электронный ресурс]: Master of Science Thesis / Tim Cunnyngham. - Электрон, текстовые и графические данные (1 файл). - Режим доступа: http://power.eecs.utk.edu/pubs/ Cunnyngham_Thesis.pdf, свободный.

34. Fazel, S.S. Investigation and Comparison of Multi-Level Converters for Medium Voltage Applications [Электронный ресурс]: Ph.D. Thesis / S.S. Fazel. - Электрон. текстовые и графические данные (1 файл). - Режим доступа: http://opus.kobv.de/tuberlin/volltexte/2007/1649/pdf/fazel_seyed.pdf, свободный.

35. Ghiasnezhad, N. Three-dimensional Space-Vector Modulation Algorithm for all Types of Multilevel Converters Using ABC Coordinate / N. Ghiasnezhad, M.T. Bina, M.A. Golkar// 5-th International Advanced Technologies Symposium (IATS'09). - Turkey, Karabuk, May 13-15th 2009.

36. Gupta, A.K. A General Space Vector PWM Algorithm for Multilevel Inverters Including Operation in Overmodulation Range / A.K. Gupta, A.M. Khambadkone // IEEE Transactions on Power Electronics, Vol.22. - No.2. - March, 2007. - pp. 517526.

37. Jian, S. Optimized space vector modulation and regular sampled PWM: a reexamination / S. Jian, H. Grotstollen // IEEE Industry Applications Conference, Vol.2. -Oct., 1996.-pp. 956-963.

38. Kanchan, R.S. Space vector PWM signal generation for multilevel inverters using only the sampled amplitudes of reference phase voltages / R.S. Kanchan, M.R. Baiju, K.K. Mohapatra, P.P. Ouseph, K. Gopakumar // IEEE Proceedings Electric Power Applications, Vol.49. - No. 1. - February, 2002. - pp. 186-196.

39. Keliang, Z. Relationship between Space-Vector Modulation and Three-Phase Carrier-Based PWM: A Comprehensive Analysis / Z. Keliang, W. Danwei // IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.152. - Issue 2. - March, 2005. - pp. 297309.

40. Kumar, P.S. An Effective Space-Vector PWM Method for Multi-level Inverter Based on Two-level Inverter / P.S. Kumar, J. Amarnath, S.V.L. Narasimham // Inter-

national Journal of Computer and Electrical Engineering, Vol.2. - No.2. - April, 2010. -pp. 243-250.

41. Lee, Dong-Choon A Novel Overmodulation Technique for Space-Vector PWM Inverters / Dong-Choon Lee, G-Myoung Lee // IEEE Transactions on Power Electronics, Vol.13.-No.6.-November, 1998.-pp. 1144-1151.

42. McGrath, B.P. A Comparison of Multicarrier PWM Strategies for Cascaded and Neutral Point Clamped Multilevel Inverters / B.P. McGrath, D.G. Holmes // IEEE Power Electronics Specialists Conference (PESC), Galway Ireland. - 2000. - pp. 674679.

43. McGrath, B.P. Optimized Space Vector Switching Sequence for Multi-level Inverters / B.P. McGrath, D.G. Holmes, T. Lipo // IEEE Trans, on Power Electronics, Vol.18.-No. 6.-Nov., 2003.-pp. 1293-1301.

44. McKenzie, K.J Eliminating Harmonics in a Cascaded H-bridges Multilevel Inverters Using Resultant Theory, Symmetric Polynomials and Power Sums [Электронный ресурс]: Master of Science Thesis / K.J. McKenzie. - Электрон, текстовые и графические данные (1 файл). - Режим доступа: http://power.eecs.utk.edu/pubs/McKenzie_thesis.pdf, свободный.

45. Mouzhi, Donge A novel digital modulation scheme for multilevel cascaded H-bridge inverters in high power AC drives [Электронный ресурс]: Master of Engineering Thesis / Donge Mouzhi. - Электрон, текстовые и графические данные (1 файл). - Режим доступа: http://digitalcommons.ryerson.ca/

dissertations/159, свободный.

46. Nho, N.V. Novel On-Line Step Pulse PWM Algorithm For Cascade Multilevel Inverters / N.V. Nho, P.Q. Dzung, H.-H. Lee // Proceeding of the 37th IEEE Power Electronics Specialists Conference (PESC). - Korea, Jeju, 18-22nd June 2006.

47. Nho, N.V. Sinusoidal Based Step Pulse PWM Method in Cascade Multilevel Inverters / N.V. Nho, Hong Нее Lee, Nguyen Huy Khuong // IEEE IFOST2006. - 1820th October, 2006. - pp. 322-325.

48. Pandey, A. A Review of Multilevel Power Converters / A. Pandey, B. Singh, B.N. Singh, A. Chandra, K. Al-Haddad, D. P. Kothari // IEEE IE (I) Journal-EL, Vol.86. - March, 2006. - pp. 220-231.

49. Pinto, J.O.P. A neural network based space vector PWM controller for voltage-fed inverter induction motor drive / J.O.P. Pinto, B.K. Bose, L.E.B. da Silva, M.P. Kazmierkowski // IEEE Trans. Ind. Appl., Vol.36. - Nov./Dec., 2000. - pp. 1628-1636.

50. Prats, M.M. New space vector modulation algorithms applied to multilevel converters with balanced DC-link voltage / M.M. Prats, J.M. Carrasco, L.G. Franquelo // HAIT Journal of Science and Engineering B, Vol.2. - Issues 5-6. - pp. 690-714.

51.Tahri, A. Comparative Modelling Study of PWM Control Techniques for Multilevel Cascaded Inverter / A. Tahri, A. A. Draou // Leonardo Journal of Sciences. -Issue 6. - January-June, 2005. - pp. 42-58.

52. Toblert, L.M. Multilevel PWM Methods al low Modulation Indices / L.M. Toblert, F.Z. Peng, T.G. Habetler // APEC99. - Texas, Dallas, 14-18th March, 1999. -pp. 1032-1039.

Справочные данные на высоковольтный асинхронный двигатель

АОД-ЮОО-6ДУ1

- номинальная мощность двигателя Рп, кВт - 1000;

- номинальное линейное напряжение статора ип, В - 10000;

- синхронная частота вращения О0, об/мин - 1000;

- номинальная частота напряжения статора /„, Гц - 50;

- относительное номинальное скольжение % - 0.66;

- число пар полюсов 2^-3;

- номинальный ток обмотки статора 1п, А - 71;

- маховый момент ротора У,., кг/м - 520;

- коэффициент полезного действия КПД, % - 95.2;

- коэффициент мощности - 0.85;

- приведённое активное сопротивление обмотки ротора Кг, Ом - 0.5681308;

- активное сопротивление обмотки статора Ом - 0.7219503;

- приведённое индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора Хаг , Ом-8.39532;

- индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора Ха5, Ом -8.472849;

- взаимное индуктивное сопротивление Хт, Ом - 258.2696.

По справочным данным асинхронного двигателя рассчитываются параметры для его модели.

Диаграммы спектров выходных напряжений и токов многоуровневого каскадного преобразователя

Диаграммы мгновенных фазных напряжений на статоре высоковольтного АД АОД-КЮО-6ДУ1, управляемого 17-уровневым каскадным высоковольтным преобразователем с модулятором синусоидальной и векторной ШИМ на частоте модуляции 2кГц в номинальном режиме работы (режим В), показаны на рис.П2.1 и рис.П2.2. Частотные спектры фазных напряжений и токов в том же режиме работы приведены на рис.П2.3-П2.6.

8000 -6000 -4000 -2000 -0 --2000 --4000 --6000 --8000 -

Ua, В

11

t,c

—1—I—I—I—I—I—I—I—I—I—1—I—I—I—I—I—I—I—I—I

0,000 0,002 0.004 0,006 0.008 0,010 0.012 0,014 0.016 0,018 0,020 Рис.П2.1. Фазное напряжение статора АД в номинальном режиме работы с модулятором синусоидального алгоритма ШИМ

Рис.П2.2. Фазное напряжение статора АД в номинальном режиме работы с модулятором векторного алгоритма ШИМ

Рис.П2.3. Спектр фазного напряжения статора АД в режиме В с модулятором синусоидального алгоритма ШИМ на частоте 2кГц

Рис.П2.4. Спектр фазного тока статора АД в режиме В с модулятором синусоидального алгоритма ШИМ на частоте 2кГц

Рис.П2.5. Спектр фазного напряжения стагора АД в режиме В с модулятором векторного алгоритма ШИМ на частоте 2кГц

О 2000 4000 6000 8000 1 104 1.2 104 1.4 10^ 1.6 104 1.8 104 2 104 Рис.П2.6. Спектр фазного тока статора АД в режиме В с модулятором векторного алгоритма ШИМ на частоте 2кГц

Внешний вид шкафов опытного образца ВМПЧ

а) б)

Рис.ПЗ.2. Внешний вид секции управляющего контроллера (а) и секции силовых ячеек (б)

Л •

и

с> *

•

%

ъ о

Рис.ПЗ.1. Общий вид шкафов каскадного преобразователя

а) б)

Рис.ПЗ.З. Конструкция силовой ячейки со стороны ОС шины (а) и со стороны управляющего контроллера(б)

Справочные данные на асинхронный двигатель 5А80МВ6УЗ. Результаты

испытаний опытного образна ВМПЧ

Справочные данные АД 5А80МВ6УЗ:

- номинальная мощность двигателя Рп, кВт - 1.1;

- номинальное фазное напряжение статора Un,B- 220;

- синхронная частота вращения fi0, об/мин - 1000;

- номинальная частота напряжения статора /я, Гц - 50;

- относительное номинальное скольжение sn, % - 7;

- число пар полюсов Zp - 3;

- номинальный активный момент М„, Нм - 12;

- приведённое активное сопротивление обмотки ротора Rr, Ом - 6.5;

- активное сопротивление обмотки статора Rs, Ом - 7.55;

- индуктивность рассеивания обмотки ротора Lar, Гн - 0.0319265;

- индуктивность рассеивания обмотки статора Las, Гн - 0.0197225;

- взаимная индуктивность обмоток статора и ротора Lm, Гн - 0.0308728;

А) Режим холостого хода с заданием по частоте 5Гц 100 50 О -50 100

Рис.П4.1. Диаграмма выходного линейного напряжения ВМПЧ

Ubc, В

t,c

1 о

-i 2

Рис.П4.2. Диаграмма выходного фазного тока

33 32 31 30 29 28

О м vt Ifl 00

о о о о

Рис.П4.3. Диаграмма напряжения в звене ячейки №1 фазы А

В) Ре,жим холостого хода с заданием по частоте 25Гц

400 200 о 200 400

Рис.П4.4. Диаграмма выходного линейного напряжения ВМПЧ

6 4 2 0 2 Л Ъ

Рис.П4.5. Диаграмма выходного фазного тока

1с. А

Л

\ Л

О 1 \ 1 1 э I i i N в / \

U и ^ t,C

Ud. В

:

ч л п d «HJ я rJ&JuJAii ÍabAJUÁÁjl. Ж. nn ii fl/Vi It

о f % П| 111 Ян

1 i I 1 1 1 H

1 t,c

Ubc, В

Л Л A

Л A / Л

\ V ^ V/ ■* \ / l Э 1 / l J £ i/ V

v V г V \i t,c

1с. А

Л /\ /

/ \ / \ /

1 1 / 1 Г \ / < ■> \ / T k \ / с ■Д I \ 1 Л / V / \ 5 í \ /

\ j l J \ i \ i r 1У V v/

t,c

Ш_в

Рис.П4.6. Диаграмма напряжения в звене ячейки №1 фазы А

С) Режим холостого хода с заданием по частоте 50Гц

1000 500 0

500 -1000

Э \ Г Г \ / с V / с > \ / ' V г с 5 \ 1 \ э V / с 3 \ ? ( 3 \ I1 < ) \ / ( в \ Г > \ У ) \ /

1,С

Рис.Г14.7. Диаграмма выходного линейного напряжения ВМПЧ

б 4 2 О

-2 (>

Рис.П4.8. Диаграмма выходного фазного тока Цс1. В

о / )

Рис.П4.9. Диаграмма напряжения в звене ячейки №1 фазы А

Д) Режим холостого хода с заданием по частоте 12ОГц

600 400 200 0 -200 -400 -600

А г\ / к А /Ч

А-1 А

"г I г ПГ7 ; * 1 гТ Г -IIе 1 > Э J < ГТ-Т г с 1

к . 1 ! \/ р" * < Ч г V 1

у V V V У V . 1 г,с

Рис.ШЛО. Диаграмма выходного линейного напряжения ВМПЧ

-2

А Л Л

А Л Л /

э \ ] V г \ 1 с \ \ и V; ' V

V^ / V V

Рис.П4.11. Диаграмма выходного фазного тока Щ.В

34 33 32 31 30 29 28

:

- -А

Л ■""И 1м А А 1 "И

гУУГ А / V

1 у \ ^ 1,

; * 4 т

гм

о

3

О

ОО О

Рис.Г14.12. Диаграмма напряжения в звене ячейки №1 фазы А

Сопоставление результатов математического моделирования и экспериментального исследования на опытном образце ВМПЧ

1) Режим холостого хода с заданием по частоте 5 Гц

Математическая модель, ток /

Математическая модель

-20

Рис.П4.13. Диаграммы линейного напряжения на выходе ВМПЧ

-80

—I—

о.оа

—I— 0,12

-1-

0,14

0,00

0,02

0,04

О,Об

I

о,ю

0,16

0,18

I

0,20

Рис.П4.14. Диаграммы фазного тока статора АД 100

-100

о.оо

0,05 о,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40

1-'-1

0,45 0,50

Рис.П4.15. Расчётное линейное напряжение на выходе ВМПЧ

2) Режим холостого хода с заданием по частоте 50 Гц

Рис.П4.16. Диаграммы линейного напряжения на выходе ВМПЧ

Рис.П4.17. Диаграммы фазного тока статора АД

Рис.114.18. Расчётное линейное напряжение на выходе ВМПЧ

Результаты испытаний низковольтного макета каскадного

преобразователя

А) Режим холостого хода с заданием по частоте 5Гц 100 иаЬ'В 50

50

100

Рис.П5.1. Диаграмма выходного линейного напряжения ВМПЧ

Г* Чел г

ц Г л и». (

<Ъ / ; { 1 5 ? ) с О г Э г 5 С н V * э \ С > г 1 <; > Ч ] \ ? } г / С г о ч г ? с □ г 1 г 3 С М \ 1 1 \ г з \ с 13 - 1 С 3 г / ; / с г ? 3 с 0 г 3

1,С

Рис.П5.2. Диаграмма выходного фазного тока

В) Режим холостого хода с заданием по частоте 25Гц УаЬ, В

400

200

V у V у