Исследование режимов работы тиристорных электроприводов при несимметрии напряжений питающей сети и управления тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Барри Мамаду Маладо

• Барри Мамаду Маладо
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Барри Мамаду Маладо

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ВЗАИМНОЕ ВЛИЯНИЕ ТИРИСТОРНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ И ПИТАЮЩЕЙ СЕТИ

1.1. Энергетические показатели тиристорных электроприводов и их влияния

питающую сеть

1.2. Несимметричные режимы работы тиристорных преобразователей и

их особенности

1.3. Постановка задачи исследования

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ АНАЛИЗА РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТИРИСТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПРИ НЕСИММЕТРИИ НАПРЯЖЕНИЙ ПИТАЮЩЕЙ СЕТИ И УПРАВЛЕНИЯ

2.1. Классификация несимметричных режимов работы тй^1|4т^.рных преобразователей

2.2. Выбор параметров, характеризующих степень несимметрии режимов работы

тиристорных преобразователей

2.3. Общие принципы анализа характеристик тиристорных преобразователей в

несимметричных режимах работы

2.4. Выводы по главе

3. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ НЕСИММЕТРИИ НАПРЯЖЕНИЙ ПИТАЮЩЕЙ СЕТИ И НЕСИММЕТРИИ УПРАВЛЕНИЯ НА ВЫПРЯМЛЕННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

3.1. Влияние несимметрии сети и управления на среднее значение выпрямленного

напряжения

3.1.1. Выпрямленное напряжение при несимметрии напряжений сети и симметрии управления

3.1.2. Выпрямленное напряжение при симметрии напряжений сети и несимметрии управления

3.1.3. Выпрямленное напряжение при несимметрии напряжений сети и несимметрии управления

3.2. Влияние несимметрии сети и управления на пульсации выпрямленного

напряжения

3.2.1. Пульсации выпрямленного напряжения при несимметрии напряжений сети

и симметрии управления

3.2.2. Пульсации выпрямленного напряжения при симметрии напряжений сети и несимметрии управления

3.2.3. Пульсации выпрямленного напряжения и при несимметрии напряжений сети и несимметрии управления

3.3. В ыводы по главе

4. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ НЕСИММЕТРИИ ПИТАЮЩЕЙ СЕТИ И НЕСИММЕТРИИ УПРАВЛЕНИЯ НА ПОТРЕБЛЯЕМЫЕ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ИЗ СЕТИ ТОКИ

4.1. Анализ сетевых токов преобразователя в несимметричных режимах

4.2. Влияние несимметрии сети и управления на основные гармоники сетевого тока

преобразователя

4.2.1.Симметричные составляющие основных гармоник сетевого тока при несимметрии напряжений сети и симметрии управления

4.2.2.Симметричные составляющие основных гармоник сетевого тока при несимметрии управления

4.2.3.Комплексное сопротивление и составляющие полной мощности преобразователя для основной гармоники напряжения обратной последовательности

4.3. Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование режимов работы тиристорных электроприводов при несимметрии напряжений питающей сети и управления»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Благодаря широкому повсеместному распространению различных типов вентильных электроприводов постоянного и переменного тока, содержащих в своём составе управляемые или неуправляемые выпрямители, а также ведомые сетью инверторы, задачи оптимизации параметров и режимов этих преобразователей уже на протяжении многих лет сохраняет свое важное значение. В последние годы большое значение приобрели вопросы, оптимизацией энергетических режимов вентильных электроприводов и повышения их электромагнитной совместимости с питающей сетью. Решение этих вопросов не в последнюю очередь связано с более полным учётом факторов, определяющих реальные условия работы преобразователей.

Классическая теория выпрямителей и зависимых инверторов предполагает симметрию сети и системы управления вентилями. Именно при этих условиях симметрии принято определять все основные параметры и характеристики преобразователей и осуществлять выбор элементов его схемы, (находить среднее значения и пульсации выпрямленного напряжения и тока, производить выбор сглаживающего реактора, преобразовательного трансформатора, вентилей, рассчитывать зону прерывистого тока, устойчивость инверторного режима, определять статические характеристики и энергетические показатели и др.). Однако, в реальных условиях работы всегда наблюдается некоторая, несимметрия напряжения сети и углов управления вентилями, что сказывается практически на всех показателях и характеристиках преобразователей. Наличие в Госстандарте на качество напряжения сети допустимых нормативов на несимметрию напряжений, а также принятые в научно-технической литературе и в технических материалах по комплектным электроприводам и серийным преобразователям значения несимметрии систем управления вентилями, дают основание считать именно работу в условиях несимметрии сети и управления нормальным ("штатным") режимом преобразователей. А это означает необходимость проведения углубленного анализа таких режимов с целью уточнения математических

соотношений классической теории преобразователей, используемых в инженерной практике при их проектировании, настройке и эксплуатации.

Рассмотренные в литературе несимметричные режимы работы преобразователей относятся, главным образом, к случаям резкой несимметрии, характерным для кратковременных аварийных ситуации (обрыв фазы сети или одного плеча моста, короткие замыкания двух фаз и т.п.) и представляют интерес в основном для выбора системы защиты преобразователей. Влияние сравнительно небольших по величине несимметрии сети и несимметрии управления на работу вентильных преобразователей в длительных режимах работы в литературе рассмотрены недостаточно глубоко и подробно. Поскольку такие режимы могут существовать длительное время и оказывать неблагоприятное влияние на характеристики преобразователей и их энергетические показатели, они заслуживают более глубокого изучения. В частности, отсутствует система классификации таких режимов и методов оценки обобщённых параметров, характеризующих степень несимметрии режимов. Их анализ при повышенных значениях несимметрии представляет также интерес с позицией установления допустимых для нормального функционирования преобразователей значений несимметрии, которые могут возникнуть в экстремальных условиях (при стихийных бедствиях, при аварийных ситуациях в системах электроснабжения и т.п. ) или в автономных системах электроснабжения.

Электроэнергетика играет ведущую роль в развитии всех отраслей народного хозяйства, в осуществлении технического прогресса и повышения уровня экономического потенциала каждого государства. В Гвинейской республике проблемы повышения качества электроэнергии, надёжности и экономичности систем электропитания и электропотребителей стоят особенно остро в связи с тем, что, несмотря на наличие в стране единой энергетической системы, объединяющей около 13000 МВт суммарной номинальной мощности генераторов гидроэлектростанций небольшой мощности и тепловых электростанций, работающих на дизельном топливе, промышленные и коммунальные сети

характеризуются повышенной чувствительностью к воздействию неспокойных, нелинейных и несимметричных потребителей. Однако глубокого анализа несимметричных режимов ни в научных, ни в инженерных расчетах не производилось.

Цель диссертационной работы. Целью данной работы является исследование длительных несимметричных режимов работы преобразователей, связанных с несимметрией напряжения сети и несимметрией управления выпрямителей и ведомых сетью инверторов. Достижение этой цели предполагает решение следующих задач:

- разработка методов анализа несимметричных режимов работы преобразователей и методов оценки обобщённых параметров, характеризующих эти несимметричные режимы;

- уточнения статических и энергетических характеристик преобразователей при разных типах несимметрии;

- уточнения требований к качеству напряжения сети и к системам управления;

- получение рекомендаций по построению систем управления преобразователями.

Методы исследования. При выполнении работы использовались известные методы анализа нелинейных (вентильных) цепей, методы гармонического анализа и метод симметричных составляющих в несимметричных многофазных системах.

Научная новизна. В работе получены следующие научные результаты:

1. Предложена система классификации несимметричных рабочих режимов работы и определения обобщенных параметров, характеризующих эти режимы.

2. Для различных типов рассмотренных несимметричных режимов получены аналитические выражения, определяющие регулировочные характеристики преобразователей, гармонический состав выпрямленного напряжения и тока,

устойчивость инверторного режима преобразователей, их энергетические характеристики, величины эквивалентного сопротивления преобразователей для напряжения обратной последовательности. Выполнены на ЭВМ расчёты этих зависимостей и проведен анализ результатов расчётов. Выявлены новые закономерности изменения гармонического состава выпрямленного напряжения и токов на входе преобразователей в зависимости от типов несимметричных режимов и параметров несимметрии.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в разработке методики расчёта параметров и характеристик преобразователей в несимметричных режимах работы и определении обобщённых параметров, характеризующих эти режимы, определении степени влияния параметров несимметрии на характеристики преобразователя а также в разработке рекомендаций по построению систем управления преобразователями.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на трёх научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СПГЭТУ, на научно-техническом семинаре «75 лет отечественной школы электропривода» и на Пятой Российской научно-технической конференции «Электромагнитная совместимость технических средств и биологических объектов». Имеются две публикации: в сборнике тезисов докладов научно-технического семинара «75 лет отечественной школы электропривода», 1997 и в сборнике докладов Пятой Российской научно-технической конференции «Электромагнитная совместимость технических средств и биологических объектов» ЭМС - 1998.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы, включающего 68 наименований. Основная часть диссертации изложена на 141 страницах машинописного текста. Работа содержит 46 рисунков и 3 таблицы.

Основные научные положения, выносимые на защиту.

1. Разработанная методика анализа несимметричных режимов, включающая в себя:

а) классификацию несимметричных рабочих режимов преобразователей и типов симметрии и несимметрии управления при несимметрии сети;

б) систему параметров, характеризующих степень несимметрии режимов преобразователя;

в) получение аналитических выражений характеристик для разных типов несимметричных режимов на основе анализа несимметричного режима одного типа;

г) пересчёт результатов анализа 3-фазного преобразователя на многофазные.

2. Результаты анализа несимметричных рабочих режимов преобразователя, включая полученные соотношения для регулировочных характеристик, ограничений диапазона регулирования, гармонического состава выпрямленного напряжения и сетевого тока, энергетических показателей, токов обратной последовательности и комплексного сопротивления преобразователя для напряжения обратной последовательности.

3. Рекомендации по построению систем управления преобразователями в несимметричных режимах.

В первой главе диссертации рассмотрены особенности энергетических характеристик регулируемых вентильных электроприводов постоянного тока, их влияние на питающую сеть. Показана разновидность несимметричных режимов работы тиристорных преобразователей и их особенности (определение, виды и нормы несимметрии).

Вторая глава посвящена разработке методики анализа режимов работы тиристорных преобразователей при несимметрии напряжений питающей сети и управления.

В третьей главе рассмотрено влияние несимметрии напряжений питающей сети и несимметрии управления на выпрямленное напряжение и ток тири-сторного преобразователя. Проведен анализ регулировочных характеристик и гармонического состава преобразователей при разных типах несимметрии.

Четвертая глава посвящена анализу влияния тиристорных преобразователей на питающую сеть при несимметрии напряжений сети и несимметрии управления. Получены уравнения сетевых токов, их гармонического состава энергетических показателей, токов обратной последовательности и комплексного сопротивления преобразователя для напряжения обратной последовательности.

В заключении приводятся общие выводы по работе.

1. ВЗАИМНОЕ ВЛИЯНИЕ ТИРИСТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ И

ПИТАЮЩЕЙ СЕТИ

1.1. Энергетические показатели тиристорных преобразователей и их влияние на питающую сеть.

Проблеме энергетических показателей тиристорных преобразователей и их влиянию на питающую сеть уже в течение многих лет уделяется большое внимание.

Непосредственное преобразование одного вида электрической энергии в другой и практическая безинерционность вентильных приборов являются основными факторами, благодаря которым статические вентильные преобразователи обладают высоким КПД, высоким быстродействием и целым рядом других преимуществ перед электромагнитными преобразователями. Вместе с тем эти же факторы в сочетании с обычным импульсно-фазовым методом управления тиристорами обуславливают ряд особенностей вентильных преобразователей, снижающих их энергетические показатели и оказывающих неблагоприятное влияние на питающую сеть. К числу этих особенностей в первую очередь следует отнести:

1) наличие в кривой потребляемого из сети тока значительной величины высших гармоник;

2) низкое значение созср при глубоком регулировании выпрямленного напряжения;

3) мгновенные изменения потребляемого из сети тока при изменениях выпрямленного напряжения и тока.

Вентильные преобразователи создают в питающей сети переменные периодические токи, в большей или меньшей степени, отличающиеся от синусоидальных функций времени. Из-за наличия в питающей сети сопротивлений под действием этих токов напряжения питающей сети также становятся несинусоидальными. Разложением Эйлера-Фурье несинусоидальные периодические токи

10

и напряжения могут быть представлены в виде бесконечных сумм синусоидальных (гармонических) функций времени основной частоты и частот, кратных основной частоте. Разложение кривой в гармонический ряд показывает [18], что порядок высших гармоник для m-фазного преобразователя равен К = тп ± 1, где п = 1, 2, 3 и т.д.

Поскольку среднеквадратичное значение тока, потребляемого преобразователем из сети, равно корню квадратному из суммы квадрата эффективных значений всех гармонических гармонических составляющих тока, то, разложив основную гармонику на активную Ia = I\ cos (р и реактивную Iр = I\ sin (р составляющие можно записать [2, 6, 7, 9, 10]:

В соответствии с этим при синусоидальной форме напряжения питающей сети полная (кажущаяся) мощность преобразователя представляет собой геометрическую сумму трёх составляющих:

где Р, 0 - соответственно активная и реактивная мощность по основной гармонике; - мощность искажения, определяемая наличием высшими гармониками.

Коэффициент мощности Л, равный отношению активной мощности к полной мощности, является важнейшим энергетическим показателем вентильного преобразователя, которым характеризуется использование питающей сети: Л = усоя(р, (1.3)

(1.1)

(1.2)

где

коэффициент искажения, учитывающий содержание высших

гармонических в кривой потребляемого из сети тока.

Коэффициент искажений зависит от числа фаз преобразователя и в предположении, что угол коммутации у = 0, составляет [2, 6, 8] при числе фаз 3, 6, 12 соответственно 0,935, 0,955 и 0,988.

Коэффициент сдвига соз(р определяется углом сдвига первой гармоники тока сети по отношению к синусоиде напряжения сети. Угол коммутации у вызывает дополнительный фазовый сдвиг первой гармоники сетевого тока в сто-

у

рону отставания, поэтому у выпрямителя со$(р ~ соз(а + —).

Для наиболее распространённого 6-фазного преобразователя выполненного по 3-фазной мостовой схеме, полная мощность и её активная и реактивная составляющие как функции угла регулирования а и угла коммутации вентилей у записываются в следующем виде [10 - 12]:

7i L 3 siny[2 + cos(2a + y)]-y[\ + 2cosacos(a + y)] п

¿ = ¿¿¿oJdT --2-' ( '

J ]¡ ¿n [eosa-cos(a+y)]

sinysin(2a + y) cosa + cos(a + y) _

F - hd04 7Tr :—¡-ГТ - hd04---

2 [cosa-cos(a + y )] 2

= Ed0Idcos^-cos(a +7-); (1.5)

Q = Ed^d

2 2'

y - siny cos(2a +y) 2[cosa ~ cos(a + y)]

= Ed0Id\cos^sin(a + ^) + -~--7 Smy--[, (1.6)

[ 2 2 2[cosa -cosfa + y)J J

где Ed0 - выпрямленная ЭДС полностью открытого преобразователя, т.е. при а - 0; Id - выпрямленный ток.

Остальные энергетические характеристики могут быть выражены через эти три величины:

Si=^P2 + Q =Ed0 ---J—Ti-; (L7)

v 2[cosa - cos(a + y)]

3 зту\2 + соя(2а + /)] - /[1 + 2 соба соз(а + /)] +

Т

+ — [к 2 - 2у 5/и ^ сш(2а + + 2 ^ 2л: 1

0,5

р

СО = — =

& /2

5

[с<9Л' а - + у)]2

мп у ят( 2а + у )

1 л// -2узтусо8(2а + у) + 3щ у

3_ л:

у2 -2у ят у соя(2а + у) +

4[сояа - сш'(а + /)]2

->

. 2 + $т у

ж

(уш7[2 + соя(2а + у)]-у[1 + 2 сауа + /)]}

0,5

(1.8)

(1.9)

(1.10)

^ 5Ш

(2а +

4[со5 а - са^а + --*

к

--* {ли у[2 + соз(2а + у)] - у\[ + 2 соба соя(а + /)]}!

71

0,5

(1.11)

Выражения (1.4)...(1.11) получены при допущениях, что выпрямленный ток идеально сглажен, питание преобразователя осуществляется синусоидальным симметричным напряжением от сети бесконечной мощности и что ток холостого хода и активные потери в обмотках преобразовательного трансформатора и в

1

вентилях отсутствуют. При этих условиях величина выпрямленного напряжения равна

тт Р cosa + cos(а + у ) п Ud=y- = Ed0---. (1.12)

1d 1 Значение угла коммутации определяется известным соотношением:

cosa-cos(a + y) = —íd^a (1-13)

п Ed0 Id„

где Xа - приведённое ко вторичной обмотке индуктивное сопротивление преобразовательного трансформатора;

хК - индуктивная составляющая напряжения короткого замыкания преобразовательного трансформатора в относительных единицах.

Согласно выражениям (1.4)...(1.13) на рис 1.1 и 1.2 построены зависимо-

S

сти относительных значении полной мощности s =-, ее составляющих

SOS Sl--1— q =-,sv=--— и коэффициентов X,v,cos<p от относи-

Edold Ed0Id Ed0Id

Ud P О

тельной величины выпрямленного напряжения ud = —— = р =-. Зависимо Ed0Id

мости построены для двух значений у0 (угла коммутации при а = 0): у0 » 0,

что соответствует режиму работы, близкому к холостому ходу (хк « 0) и

JdH

у о = 45o, что соответствует режиму работы с максимально возможной перегрузкой по току = 2,5-^3,0) при наибольшей возможной индуктивности в

hn

анодной цепи вентилей (хк = ОД-г ОД 2). Для учёта реальных параметров преобразовательной установки при использовании приведённых выражений (1.4)...(1.13) и кривых на рис. 1.1 и 1.2 необходимо к полученным активной и реактивной мощности добавить активную и реактивную мощность холостого

хода, из величины выпрямленного напряжения вычесть активные падения напряжения в обмотках трансформатора, в питающей сети и на вентилях, а величину хк в выражении (1.13) увеличить на величину эквивалентной приведённой реактивности питающей сети. Учёт влияния пульсации выпрямленного напряжения искажений формы напряжения питающей сети в общем случае весьма затруднителен, в то время как эффект, создаваемый этими факторами в реальных установках вентильного электропривода средней и большой мощности, обычно пренебрежимо мал.

Вместе с тем следует отметить, что использование выражений (1.6), (1.7) и (1.9) при анализе и практических расчётах вследствие их громоздкости неудобно, а, как видно из рис. 1.1, относительная величина полной мощности основной гармоники sx в наихудшем случае отличается от единицы на величину около 0,015. Поэтому можно значительно упростить выражения, если считать, что sl постоянна и равна 1,0 (погрешность от этого практически во всём диапазоне рабочих токов и напряжений будет составлять несколько десятых долей процента), т.е.

■у 1=1,0; (1.14)

q = = + ; (1-15)

У Y

cos<p = p = cos—cos(a + —). (1-16)

В этом случае графическая зависимость относительной величины реактивной мощности относительной величины активной мощности (или от относительной величины выпрямленного напряжения, поскольку без учёта активных потерь в

преобразователе р = ^- и, ас учётом потерь р = и + с, где с = const) пред-

EdJd

ставляет собой дугу окружности единичного радиуса, а зависимость коэффици-

><*

-ОЛ- Ч

N 9

/ \

/ г...... Ч» \

tf щЬ *

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Барри Мамаду Маладо

4.3. Выводы по главе

Проведенный анализ позволяет сделать следующие выводы.

1. Получены математические выражения, определяющие при всех пяти типах рассматриваемых несимметричных режимов работы преобразователей значения амплитуд и углов фазового сдвига основных и высших гармоник порядков Ъп ± 1 (где п = 0,1,2,3,.) фазных токов, потребляемых преобразователем из сети, а также значения их симметричных составляющих прямой и обратной последовательностей. Эти выражения являются функциями принятых обобщенных параметров несимметрии напряжений сети и управления и параметров режима работы преобразователя, что позволяет проследить влияние каждого из этих параметров на гармоники тока.

2. Проведен анализ влияния параметров несимметрии сети и управления на основные гармоники сетевого тока преобразователя.

При пренебрежении углом коммутации получены упрощенные выражения для амплитудных значений и угловых сдвигов основных гармоник фазных токов преобразователя и их симметричных составляющих прямой и обратной последовательностей. Эти выражения записаны в общем виде, справедливом при всех рассматриваемых типах несимметрии, а также для частных случаев -несимметричных режимов первого и второго типа.

3. Выполненные с учётом и без учёта влияния коммутации вентилей расчёты показали, что при всех типах несимметричных режимов и при и [2] <0,1, и [2]у < 0,1 изменения значений составляющих прямой последовательности основной гармоники тока под влиянием параметров несиммерии режима не превышает на основной части диапазона регулирования напряжения величины 1,0 %.

4. Расчёты относительных значений основной гармоники тока обратной последовательности для несимметричных режимов первого и второго типа показали, что они изменяются пропорционально и [2] и при втором типе несимметричного режима и при а' > 15°, Iа < 0,10, и[2] <0,1 эти значения в 2,5. 10 раз меньше, чем при первом типе несимметрии.

В несимметричном режиме первого типа относительное значение тока обратной последовательности практически не зависит от угла регулирования и выпрямленного тока, изменяется примерно пропорционально и [2], а также примерно в пределах ± 10% в зависимости от (р[2у; при и [2] = 0,1 оно составляет « (4,7.5АУо.

В несимметричном режиме второго типа относительое значение тока обратной последовательности изменяется примерно пропорционально выпрямленному току и напряжению обратной последовательности, существенно зависит от угла регулирования преобразователя особенно вблизи границ диапазона регулирования и в небольших пределах (примерно ± 10%) может изменяться под влиянием угла (р[• При и[2] <0,1, 1 й < 0,05, 30° < а' < 130° ток обратной последовательности не превышает 0,5%.

Зависимость относительных значений тока обратной последовательности от параметров несимметрии и параметров рабочего режима для несимметрии первого и второго типа может быть с достаточной для инженерных расчётов точностью аппроксимирована простыми эмпирическими выражениями.

5. Для несимметричных режимов третьего типа относительное значение основной гармоники тока обратной последовательности определяется параметрами режима и[2]у, 9[2]у ихарактеризуется зависимостями, аналогичными режиму несимметрии первого типа.

Ток обратной последовательности в несимметричных режимах четвертого и пятого типов определяется параметрами и [2], (р[2] и и[2]у, 9[2]у и МОЖеТ характеризоваться зависимостями от параметров несимметрии и рабочих параметров занимающих промежуточное положение между зависимостями для несимметричных режимов первого и второго типов.

6. Для несимметричных режимов первого и второго типов определено значение эквивалентного комплексного сопротивления преобразователя для напряжения обратной последовательности сети, которое зависит от параметров рабочего режима преобразователя и может использоваться для определения взаимного влияния преобразователя и питающей сети по составляющим обратной последовательности тока и напряжения.

При несимметричном режиме третьего типа преобразователь является источником тока обратной последовательности, а при несимметричных режимах четвёртого и пятого типов он может быть представлен в виде параллельного включения источника тока обратной последовательности и эквивалентного комплексного сопротивления для напряжения обратной последовательности.

7. Полученные соотношения позволяют определить точные значения составляющих мощности основных гармоник тока и напряжения прямой и обратной последовательностей при заданных параметрах несимметрии для всех типов рассматриваемых режимов работы. При и [2] < ОД и и[2]у < ОД полная мощность обратной последовательности, а , следовательно, и её активная и реактивная составляющие составляют менее 1,0% полной мощности прямой последовательности.

8. Для уменьшения значений токов обратной последовательности следует рекомендовать производить настройку систем управления тиристорами по второму типу симметрии управления, т.е. осуществлять синхронизацию управляющих импульсов составляющими прямой последовательности напряжения сети.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенный комплекс исследований обеспечил получение следующих основных результатов.

1. Разработана и теоретически обоснована методика анализа несимметричных рабочих режимов выпрямителей и ведомых сетью инверторов, связанных с несимметрией напряжений фаз питающей сети и несимметрией управления вентилями. К числу основных составных элементов этой методики относятся:

- классификация типов несимметричных режимов рассматриваемых преобразователей и типов симметрии и несимметрии управления вентилями в условиях несимметрии питающего напряжения;

- выбор обобщенных параметров, характеризующих степень несимметрии режимов работы преобразователей, и методы определения численных значений этих параметров и значений угла регулирования при несимметрии управления вентилями;

- собственно анализ различных типов несимметричных режимов преобразователя, основанный на анализе режимов 3-фазного нулевого преобразователя с использованием результатов анализа его несимметричного режима первого типа для анализа несимметричных режимов других типов и с использованием результатов такого анализа для исследования несимметричных режимов многофазных преобразователей.

2. С использованием разработанной методики анализа проведено исследование влияния параметров несимметрии на напряжение на стороне постоянного тока преобразователя при разных типах несимметричных режимов.

Получены аналитические выражения, определяющие влияние параметров несимметрии на максимальное значение выпрямленной ЭДС, на форму регулировочных характеристик, диапазон изменения углов регулирования и на устойчивость инверторного режима преобразователя.

Получены аналитические выражения и проведен численный анализ гармонического состава выпрямленного напряжения.

В результате анализа был выявлен и доказан ряд закономерностей, определяющих влияние параметров несимметрии на гармоники напряжения разных порядков при различных типах несимметричных режимов. Установленные закономерности повторения значений гармоник позволили значительно сократить необходимую область рассматриваемых значений параметров несимметрии.

3. Проведено исследование параметров электрической энергии на стороне переменного тока преобразователя при всех рассматриваемых типах несимметричных режимов. Получены аналитические выражения, определяющие значения основных и высших гармоник фазных токов сети в виде функций обобщенных параметров несимметрии режима, эквивалентного значения угла регулирования и относительного значения выпрямленного тока.

Определены значения симметричных составляющих прямой и обратной последовательностей всех гармоник сетевого тока. Выявлены особенности изменений симметричных составляющих основной гармоники под влиянием параметров несимметрии в различных типах несимметричных режимов. В несимметричном режиме первого типа относительное значение тока обратной последовательности практически не зависит от угла регулирования и выпрямленного тока, изменяется пропорционально напряжению обратной последовательности сети и дополнительно изменяется в зависимости от фазы этого напряжения в пределах ± 10%.

В несимметричном режиме второго типа ток обратной последовательности изменяется примерно пропорционально выпрямленному току и напряжению обратной последовательности, существенно зависит от угла регулирования и изменяется в пределах около +10% под влиянием угла (р^у ■ При и [2у <0,1, о о

0,05 и 30 <а<130 ток обратной последовательности при втором типе несимметричного режима примерно на порядок меньше, чем при первом типе режима.

В несимметричном режиме третьего типа токи обратной последовательности определяются зависимостями от параметров несимметрии управления, которые аналогичны зависимостям от параметров несимметрии сети при несимметричном режиме первого типа. Значения токов обратной последовательности в режимах четвертого и пятого типов занимают промежуточное положение между значениями при первом и втором типах несимметрии режима.

При всех типах несимметричного режима изменения тока прямой последовательности под влиянием напряжения обратной последовательности при и[2] < ОД на основной части диапазона регулирования не превышают \% .

4. На основе полученных соотношений для обратной последовательности основной гармоники тока определены значения эквивалентного комплексного сопротивления преобразователя для напряжения обратной последовательности сети при первом и втором типах несимметричного режима. При несимметричном режиме третьего типа преобразователь следует рассматривать как источник тока обратной последовательности, а в несимметричных режимах четвертого и пятого типов его эквивалентную схему следует представлять в виде параллельного соединения источника тока обратной последовательности и комплексного сопротивления для напряжения обратной последовательности сети. Такое представление позволяет определять взаимное влияние преобразователя и питающей сети по составляющим обратной последовательности тока и напряжения.

Полученные соотношения позволяют также определять для всех типов несимметричных режимов точные значения составляющих полной мощности основных гармоник тока и напряжения прямой и обратной последовательностей.

5. Проведенные исследования подтвердили эффективность разработанного метода несимметричных режимов. Установленные при исследовании гармо

210 нического состава выпрямленного напряжения и сетевого тока преобразователя закономерности влияния параметров несимметрии служат подтверждением соответствия выбранных обобщенных параметров несимметрии управления физической картине электромагнитных явлений в преобразователе и свидетельствуют о правильности и целесообразности принятой классификации несимметричных режимов преобразователей.

6. Для уменьшения влияния несимметрии питающей сети на регулировочную характеристику преобразователя, гармонический состав выпрямленного напряжения и на составляющую обратной последовательности основной гармоники сетевого тока следует рекомендовать настройку систем управления тиристорами по второму типу симметрии управления, т.е. осуществлять синхронизацию управляющих импульсов составляющими прямой последовательности напряжения сети. Это также обеспечит более равномерную токовую нагрузку вентилей преобразователя.

Проведенные исследования показывают, что неуправляемые выпрямители более чувствительны к несимметрии сети, а управляемые преобразователи могут успешно функционировать при несимметрии сети, значительно превышающей нормы ГОСТа. Для предотвращения значительного снижения под влиянием несимметрии сети устойчивости инверторного режима преобразователя необходимо специальное ограничение максимальных значений углов регулирования.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Барри Мамаду Маладо, 1999 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Каганов И.Л., Электронные и ионные преобразователи, часть третья, М.—Л, Госэнергоиздат,1956. - 528 с.

2. Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и систем управления технологическими процессами / под ред. В.И. Круповича Ю.Г. Барыбина, МЛ. Самовера. М.: Энергоиздат, 1982. - 416 с. ил.

3. Жежеленко И.В., Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях. М. «Энергоатомиздат» 1986. - 167с.

4. Жежеленко И.В., Высшие гармоник в системах электроснабжения промпредприятии. М.: «Энергия», 1974, 184с.

5. Жежеленко И.В., Рабинович МЛ., Божков В.М., Качества электроэнергии на промышленных предприятиях.-- Киев: Техника, 1981. - 160с., ил.

6. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Под общ. Ред. А.А.Федорова и Г.В.Сербиновского. М.: «Энергия», 1973, 520с. ил.

7. Электротехнический справочник / под общ. ред. Профессоров МЭИ В.Г. Герасимова, П.Г. Грудинского, Л.А. Жукова и др. М.: Энергоаттомиздат, 1982. -560с., ил.

8. Электротехнический справочник: электротехнические изделия и устройств/ под общ. ред. профессоров МЭИ (гл. ред. И.Н, Орлов) и др. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 712с. ил.

9. Электротехнический справочник: производство и распределение электрической энергии (под общ. ред. профессоров МЭИ: И.Н. Орлова (гл. ред.) и др.) - М.: Энергоатомиздат, 1988.— 880с.: ил.

10. Латышко В.Д., Вентильный преобразователь с автоматическим регулированием реактивной мощности для электроприводов постоянного тока. Дис.на соиск.учен.степени канд.техн.наук. Ленинград, : 1970 —217с.

П.Маевский O.A., Определение энергетических соотношений и

составляющих полной мощности в вентильных преобразовательных установках, «Электричество», 1965, №3.

12.Ривкин Г.А., Преобразовательные установки большой мощности, Госэнергоиздат, 1959.

13.Ривкин Г.А., Питание группы регулируемых вентильных преобразователей от общего трансформатора. «Электротехника», 1967, №3.

14.Bornitz Е., et al., Harmoniques dans les reseaux electriques et leur reduction au moyen des filtres, Перевод доклада №304, CIGRE. Бюро переводов

ВИНИТИ, перевод 28251/2, Москва, 1962.

15.Маевский O.A., Энергетические показатели вентильных преобразователей. - М.: Энергия, 1978. -320с., ил.

16.Кирпатовский С.И., Обоснование теории полной мощности многофазной цепи. - «Изв. Вузов. Энергетика», 1959, №2.

17.Пухов Г.Е., Теория мощности системы периодических многофазных токов. «Электричество», №2, 1953.

18.Лурье JI.C., Коэффициент мощности несимметричной нагрузки трёхфазной сети. «Электричество», №3, 1952.

19.Кучумов JI.A., Спиридонова JI.B., Потери мощности в электрических сетях и их взаимосвязь с качеством электроэнергии. Учебное пособие.—JI.,

изд. ЛПИ, 1985, 92с.

20.Баков Ю.В., Влияние мощности короткого замыкания и компенсирующей реактивной мощности на качество электроснабжения промышленных установок. «Промышленная Энергетика», №9, 1991.

21.3евеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил A.B., Страхов C.B., Основы теории цепей: учебник для вузов—М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.: ил.

22.Дрехлер Р., Измерение и оценка качества электроэнергии при несимметричной и нелинейной нагрузке /пер. с чешек. -М.: Энергоатомиздат, 1985 -112с.

23.Новомейски 3., Мощность активная, реактивная и мощность искажения в электрических системах с периодическими несинусоидальными процессами // Изв. Вузов. «Электромеханика», -1964, №6, с. 657—664.

24.Новосельцев A.B., Стрелков М.Т., Метод мгновенных мощностей

и составляющие полной мощности в трёхфазных электрических цепях. Препринт-464 ИЭД АНУССР, Киев, 1986, 59с. 25.Черников Г.Б., Работа полупроводниковых неуправляемых выпрямителей при несимметричных режимах. «Электричество», 1965г., №3.

26.Бондаренко В.П., Коммутационные процессы при работе трёхфазного мостового выпрямителя с несимметричными анодными напряжениями «Энергетика». Известия вузов, 1961г., №9.

27.Маевский O.A., Несимметричные мостовые ионные преобразователи. Известия вузов «Электромеханика», 1963г., №6.

28.0лыпванг М.В., Исследование статических и динамических несимметричных

режимов тиристорных преобразователей. Дис. на соиск. учен, степени

канд. техн. наук. Москва, 1968г.

29.Бородавченко П.М., Влияние асимметрии углов регулирования на работу трёхфазного выпрямителя. «Электромеханика», 1965г.,№3.

30.Долбня В.Т., Несимметричное сеточное управление йонными выпрямителями, «Электричество», 1959г., №4.

31.Долбня В.Т., Маевский O.A., Исследование несимметричного управляемого преобразователя в выпрямительном и инверторном режимах.—«Изв. Вузов. Энергетика», 1965, №1.

32.Комплектные тиристорные электроприводы . Справочник—Евзеров И.Х. и др. -М.: Энергоатомиздат, 1988 (с.64)

33.Бондаренко В.П., Маевский O.A., Преобразователи с несимметричными анодными напряжениями и ионно-полупроводниковыми вентилями. --«Труды ХПИ им. В.й.Ленина Электромашиностроение», 1962, TXXXVII, вып. 2.

34.Феоктистов H.A., Исследование влияния несимметричых режимов на электромагнитные процессы и на работу элементов электрооборудования полупроводниковых выпрямителей трёхфазного тока. Автореферат дис. на соиск. учен. Степени канд. техн. наук—Горький -1973 . 24с.

35. Феоктистов H.A., Несимметричные режимы и схемы трансформаторно-тиристорного оборудования в системах электропитания и управления бытовых и производственных установок. Дис. На соиск. Учен. Степени доктора техн. наук. М.: 1996 - 600с.

36.Феоктистов H.A., Несимметричные режимы и схемы защиты тиристорных выпрямителей от аварий. // «Энергетик», изд~во «Энергия», 1974, №4, с28—29.

37. Русаков Е.В., Феоктистов H.A., Влияние несимметричных режимов на ферромагнитные элементы управляемых выпрямителей и их учёт в методах расчёта. // 4-я всесоюзная конференция по теории и методам расчёта нелинейных электрических цепей и систем. АН Уз.ССР, Ташкент, 1971, с.278—279.

38.Русаков Е.В., Феоктистов H.A., Анализ работы трансформатора при несимметричных режимах тиристорных выпрямителей. // Темат. Сб. «Полупроводниковые приборы и преобразовательные устройства», Саранск, 1974, вып.4,с.123—133.

39.Феоктистов H.A., Шукшин Г.Ф., Методы контроля и защиты тиристорных выпрямителей трёхфазного тока при несимметричных режимах.// Темат.сб.

«Полупроводниковые приборы и преобразовательные устройства», Саранск, 1973, вып.З, с.73—78.

40.Феоктистов H.A., Серия датчиков несимметричных режимов тиристорных систем электропитания. // Тезисы докладов VII Всероссийской H.T.K.

с участием зарубежных специалистов «Датчики и преобразователи информации, систем измерения контроля и управления датчик~95», Крым, 1995, с.409—410.

41.Феоктистов H.A., Несимметричные режимы и схемы трансформаторно— тиристорного оборудования систем управления бытовых и производственных установок. // Тезисы международной H.T.K. «Наука сервису», М., ГАСБУ, 1996, с.З—4.

42.Маевский O.A., Поочередное управление несимметричными вентилями группами—Эффективное средство повышения коэффициента мощности глубокорегулируемых преобразователей. -«Изв.вузов, Энергетика», 1963, №3.

43.Маевский O.A., Розанов Ю.А., Глубокорегулируемый промышленный вентильный электропривод с несимметричным сеточным управлением.

- «Вестник ХПИ», 1966, №10 (58). Вопросы преобразовательной техники.

44.Маевский O.A., Бондаренко В.П., Механические характеристики и особенности работы приводов постоянного тока, питаемых от вентильных преобразователей с несимметричными анодными напряжениями.—В кн.: сборник научных трудов научно-исследовательского горнорудного института (НИГРИ). Т.VII. М., Госгортехиздат, 1963.

45.Писарев А.Л., Деткин Л.П., Управление тиристорными преобразователями (СИФУ). М.: «Энергия», 1975, 263с. с ил.

46.Андреинко П.Д., Защита реверсивных тиристорных преобразователей. Киев, «Техшка», 1977, 144с.

47.Андреинко П.Д., Исследование аварийных режимов реверсивных тиристорных преобразователей для электропривода. Автореферат дис.на соиск. учен.степени канд.техн.наук , Одесса, 1971, 27с.

48.Шипилло В.П., Работа вентильного преобразователя с уравнительным реактором при асимметрии сеточного управления. «Электричеств», 1966,№2.

49.Шипилло В.П., Зинин Ю.С., Фактор пульсации в системах регулирования с вентильными преобразователями.—«Электричество», 1977, №3.

50.Галкин Г.П., Исследование режимов работы судовых тиристорных преобразователей при асимметрии питающих напряжений. Дис.на соиск.

учен.степени канд.техн.наук. Саранск, 1973, 163с.

51.Галкин Г.П., Русаков Е.В., Дубровин A.A., Вопросы теории и исследования несимметричных режимов управляемых выпрямителей. Доклад на всесоюзной конференции // Повышение эффективности устройств преобразовательной техники. «Науково думка», К. 1972г.

52.Галкин Г.П., Бондаренко H.H., Управляемая шестифазная схема

с уравнительным реактором при асимметрии питающих напряжений. Мордовский ЦНТМ, г. Саранск, 1972г.

53.Галкин Г.П., Русаков Е.В., Гармонический состав выходного управляемых выпрямителей при асимметрии питающих напряжений.

Сборник, «Полупроводниковые приборы и преобразовательные устройства». Вып.З, г. Саранск, 1972г.

54.Дубровин A.A., Исследование электромагнитных процессов в судовых управляемых преобразователях при несимметрии углов включения тиристоров. Автореферат дис. на соиск.учен.степени канд.техни.наук—J1.: 1975.

55.Чиженко И.М., Руденко B.C., Сенько В.И., Основы преобразовательной техники.—Учебное пособие для специальности «Промышленная электроника», М., «Высшая школа», 1974. 430с. с.ил.

56.Иванов Г.М., Егоркин В.Ф., несимметричные режимы работы тиристорных преобразователей в электроприводах переменного тока. — М.:Энергоатомиздат, 1990.—200с.: ил.

57.Eloi Ngandui, Guy Olivier, Georges-Emile April, and Carlos Guimaraes, "DC Harmonie Distortion Minimization of Thyristor Converters Under Unbalanced Voltage Supply Using Asymmetrical Firing Angle," IEEE Transactions on Power Electronics, Vol.12, N0.2, March 1997.

58.ГОСТ P. 13109 - Государственный Стандарт Российской Федерации - Электрическая энергия, электромагнитная совместимость, нормы качества

электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения ГОСТ Р. 13109. С.5.

59.Анализ гармоник шестифазного выпрямителя при несинусоидальности напряжений сети переменного тока: сборник научных трудов

/ Омский ин—тинж. жел.—дор.транс.1976. Вып.169. С.71—74.

60. Гармоники двенадцатипульсного выпрямителя при несимметричных питающих напряжениях: сборник научных трудов

/ Омский ин-т инж.жел.—дор.транс.1976. Вып. 169. С.9 — 12.

61. Спектральный состав выходного напряжения многофазного выпрямителя

с последовательным выпрямителем фазных напряжений при несимметрии и несинусоидальности питающих напряжений: сборник научных трудов / Системы стабилизации тока. Киев: Наукова Думка, 1976. С. 135—143.

62.Рябенький В.М., Анисимов Я.Ф., Вероятностный метод анализа многоканальных систем управления преобразователями // Преобразование параметров электрической энергии. Киев: Наукова Думка, 1975. С.212 — 219.

63 .Анисимов Я.Ф., Гармонический состав выпрямленного напряжения трёхфазной несимметричной схемы // Изв. вузов. Сер. Энергетика. 1971. №12. С.30 - 35.

64.Анисимов Я.Ф., Гармонический анализ выпрямленного напряжения в трёхфазной нулевой схеме при несимметрии питающих напряжений // Изв. вузов. Сер. Энергетика. 1972. №5. С.42 - 47.

65.Арменский Е.В., Прокофьев П.А., Фалк Г.Б., Автоматизированныий электропривод учебное пособие для сред. ПТУ. ~М.: Высш. Шк., 1987. -143с. ; ил.

бб.Чиликин М.Г., Сандлер A.C., Общий курс электропривода: учебник для вузов. - 6-е изд., допол. и перераб. — М.: Энергоиздат, 1981. ~ 576с., ил.

67.Сен П., Тиристорные Электроприводы постоянного тока пер с англ. ~М.: Энергоатомиздат, 1985. ~ 232с., ил.

68.Шипилло В.П., Автоматизированный вентильный электропривод. М.: "Энергия", 1969. 400с. с ил.