книги из ГПНТБ / Анисимов Я.Ф. Особенности применения полупроводниковых преобразователей в судовых электроустановках

ботки экспериментальных данных. В таблице обозначено: eCp, емако — соответственно среднее и максимальное значения коэффи­ циента несимметрии.

Установлено, что наибольшее значение несимметрии наблю­ дается в ходовом режиме. Однако максимальное значение ко­ эффициента несимметрии напряжений на всех трех судах не превышало 2%, в основном же величина этого коэффициента колеблется в пределах 1%. Причинами появления несимметрии на­ пряжений могут быть неравномерная загрузка фаз генераторов станций (несимметрия фаз трехфазных приемников, включение однофазной нагрузки), несимметрия конструкции генераторов, не­ равномерное падение напряжения в кабельных линиях и т. д. Наи­ более вероятной причиной появления несимметрии напряжений, оче­ видно, является неравномерность загрузки фаз. Это подтверждается тем фактом, что с изменением нагрузки по фазам в большин­ стве случаев изменяются соотношение и коэффициент несимметрии линейных напряжений. Следует отметить, что при проведении измерений электростанции работали со значительной недогрузкой (загрузка станции на т/х «Тюмень» не превышала 60—65%), по­ этому возможно, что при большей загрузке коэффициент несим­ метрии будет иметь более высокое значение.

Коэффициент несимметрии может быть определен несколькими способами.

1. С помощью формул (6.3), (6.4) и (6.5) по известным величи­ нам напряжений (или токов). Этот расчет требует предваритель­ ного нахождения углов сдвига, которые могут быть определены из соотношений (рис. 6.1)

180

Данный способ довольно трудоемок.

2.С помощью номограмм для симметричных составляющих различных последовательностей [67].

3.С помощью специальных приборов. Существуют различные принципы построения таких приборов. Один из наиболее удачных заключается в использовании трехфазной мостовой схемы выпрям­ ления с последующим выделением второй гармоники выпрямлен­

Значительная несимметрия напряжений возникает при двух­ фазных замыканиях в автономной энергосистеме. Особенностью таких режимов является то, что два линейных напряжения имеют одинаковое значение.

§ 6.3. Влияние несимметрии напряжений сети на работу СФУ

Воздействию несимметрии напряжений сети подвергается как силовая часть, так и система управления преобразователем. Изме­ нение режима работы преобразователя существенно зависит от характера реакции СФУ на данное воздействие. Воздействие не­ симметрии напряжений на СФУ осуществляется через узел синхро­ низации С (см. рис. 2.2). В зависимости от способа формирования переменные напряжения « п в различных каналах могут сместиться по отношению -друг к другу, а также изменить форму или ампли­ туду. В результате возникает несимметрия управления, обуслов­ ленная относительным сдвигом и изменением амплитуд напряже­ ний в фазах силовой части и соответствующих напряжений ип в СФУ, носящая детерминированный характер. Если синхронизация управляющих импульсов не связана непосредственно с напряже­ ниями сети, то СФУ не реагирует на воздействие несимметрии на­ пряжений, но и в этом случае несимметрия напряжений вызывает несимметрию управления. Рассматривая несимметрию управления, обусловленную несимметрией напряжений сети, будем различать несимметрию управляющих импульсов и несимметрию углов вклю­ чения. В зависимости от способа синхронизации управляющих им­ пульсов можно выделить три вида несимметрии управления, харак­ теризующиеся определенными закономерностями.

1. При появлении несимметрии напряжений система управляю­ щих импульсов остается симметричной, но возникает несимметрия углов включения. Управляющие импульсы разделены интервалами, равными 2 я / т ; например, в трехфазной мостовой схеме эти интер-

валы составляют я/3. При таких условиях несимметрия углов вклю­ чения в данной схеме будет определяться соотношениями

Рис. 6.3. Процесс формирования кривой выпрямленного на­ пряжения при симметрии углов включения.

начальная фаза еАВ принята равной нулю, то это одновременно угол сдвига е\ относительно елв- Угол a является углом включения вентилей, если считать, что к схеме приложена только симметрич­ ная система напряжений прямой последовательности. К группе СФУ, работающей по данному принципу, можно отнести однока- налы-іые системы, в которых синхронизация импульсов непосред­ ственно не связана с напряжениями сети. Если считать, что при несимметрии напряжений сдвиг между фазными э. д. с. остается неизменным, то к этой же группе можно отнести СФУ, в которых

182

2. Несимметрия напряжений вызывает несимметрию управляю­ щих импульсов, но углы включения остаются симметричными, т. е. одинаковыми, если их отсчитывать от соответствующих точек есте­ ственной мгновенной коммутации. Подобная реакция на воздей­ ствие несимметрии напряжений характерна для СФУ, выполненной

по схеме рис. 2.2, а, в которой напряжения ып формируются благо­ даря заряду и разряду конденсатора, при этом моменты начала пилообразных напряжений жестко связаны с соответствующими точками мгновенной естественной коммутации. Кривые, характе­ ризующие работу такого рода СФУ применительно к трехфазной мостовой схеме выпрямления, приведены на рис. 6.3. В блок син­ хронизации подаются линейные напряжения сети, при появлении несимметрии в них моменты начал ып (например, ипі, предназна­ ченного для управления вентилем В4) остаются жесткосвязанными

с точками пересечения линейных напряжений (точка Ѳь соответ­ ствующая пересечению еАв и еСв)- Форма и амплитуды иа не под­ вергаются искажению, в результате углы включения на всех вен­ тилях оказываются равными (си = ав = ас = а). Таким образом, песимметрия углов включения, обусловленная несимметрией напря­

ит. д., то принцип равенства углов а нарушается.

3.С появлением несимметрии напряжений возникает и несим­ метрия импульсов, и несимметрия углов включения. Рассмотренные два варианта являются частными случаями данного. Закон измене­ ния несимметрии управления может быть установлен, если известна реакция СФУ на появление несимметрии напряжений. На рис. 6.4 приведены кривые, поясняющие работу СФУ в трехфазной мо­

стовой схеме, когда в качестве напряжений ип используются транс­ формированные линейные напряжения сети. Из анализа кривых

следует, что несимметрия управления определяется соотношением

з

Угол а относится к соответствующему симметричному режиму. Соотношение (6.8) справедливо и для большей части диапазона регулирования в случае, когда пилообразное напряжение форми­ руется из отдельных полуволн напряжений сети.

§ 6.4. Несимметрия управления судовыми тиристорными преобразователями

Несимметрия управления может носить как детерминирован­ ный, так и случайный характер. Основные причины, вызывающие несимметрию управления, заключаются в следующем:

1. Неидентичность каналов СФУ, обусловленная допускаемыми ГОСТ отклонениями параметров элементов, из которых изготов­ ляются системы управления.

2. Наличие помехи (переменной составляющей) в напряжении управления. Такой помехой может явиться пульсация в данном

184

где Ѳп, Un — длительность и амплитуда пилообразного напряжения; Й, AUy — частота и амплитуда помехи.

Угол i)Jjyk зависит от номера канала /Ѵк и фазового сдвига помехи -фц

Выражение (6.9) представляет собой трансцендентное уравне­ ние, решать которое удобно графическим путем или одним из при­ ближенных методов [12].

3.Разброс токов управления тиристоров и времени их вклю­ чения.

4.Несимметрия напряжений сети '.

Несимметрия управления в большинстве рассмотренных схем

т

ствительных углов включения, т. е. У] Аа,- = 0. Отклонения углов

включения вызывают соответствующие отклонения углов комму­ тации. В связи с этим входящий в (6.10) угол у следует понимать как эквивалентный, равный углу коммутации при полной симмет­ рии углов включения. Из выражения (6.10) вытекает, что величина гармоник зависит как от величины отклонений углов включения, так и от сочетания этих отклонений. Предельные значения ампли­ туд гармоник в трехфазной мостовой схеме, соответствующие ва­ рианту, когда отклонение угла включения на каждом вентиле равно максимальному Аад , a сочетание этих отклонений самое неблаго­ приятное, составляют

1 Появление детерминированной несимметрии управления, обусловленной не­ симметрией напряжений сети, было рассмотрено в предыдущем параграфе.

185

например, обусловленных несимметрией напряжений сети. При слу­ чайном характере разброса углов включения для расчета гармоник удобно воспользоваться вероятностными методами [31]. Средне­ квадратичное значение амплитуды л-й гармоники может быть най­ дено следующим образом:

включения от установочного, при Р{а.(ц^1Дао} = 0,99; À = 2,6. Действительные значения гармоник могут превосходить средне­

квадратичные. Пусть, например, в трехфазной мостовой схеме при

Действительное значение амплитуды, например, первой гармоники,

В данном случае действительное значение первой гармоники превосходит среднеквадратичное в два раза, что объясняется не­ благоприятными для возбуждения первой гармоники значениями отклонений углов включения и сочетанием этих отклонений. При другом сочетании приведенных же отклонений Да,- гармоника мо­ жет иметь значение, значительно меньшее среднеквадратичного. Из сказанного следует, что при нахождении гармоник необходимо принимать во внимание максимальные расчетные значения, опре­ деляемые с помощью формул интегрального распределения их вероятностей [31]. При принятой вероятности эти значения связаны со среднеквадратичными следующим образом:

2,UU*nc при пфк'т/2\ 2,581!' при n = k'm/2,

где k' = \, 3, 5, .. .

В приведенном выше примере ^імакс= 2Л4£ / | с = 3%.

Как следует из приведенных формул, гармоники увеличиваются с возрастанием угла включения и достигают максимальных значе­

186

На неравномерность загрузки вентилей и возбуждение в сер­ дечнике трансформатора некомпенсированного магнитного потока несимметрия управления в указанных пределах в трехфазной мо­ стовой схеме существенно не влияет. Однако шестифазная схема с уравнительным реактором оказывается в сильной степени чув­ ствительной к несимметрии управления [69]. Особенно опасным является режим, когда углы включения вентилей в каждой из двух групп одинаковы, но между группами имеется несимметрия. Отно­ сительное максимальное значение тока в группе по сравнению с сим­ метричным

г~ №

связано с параметрами преобразователя равенством [69]

г_U_

ек . з ~

'du

где Даг —несимметрия в углах включения групп; ек.3 — относи­ тельное значение напряжения короткого замыкания трансформа­ тора; Ida — номинальный выпрямительный ток.

Схема оказывается особенно критичной к несимметрии управ­ ления в диапазоне угла а от 30 до 150°. Так, например, если при­ нять е„.з=10%, 7d = /dn, то при Д а г = Г значение / г * превысит 20%. в магнитопроводе уравнительного реактора появится нескомпенсированная постоянная составляющая потока, нарушится па­ раллельная работа групп. Данная схема оказывается чувствитель­ ной и к неравенству падений напряжений на вентилях. Возможно, рассмотренные факторы —одна из причин повреждений преобра­ зователей типа АСП систем катодной защиты, выполненных по шестифазной схеме с уравнительным реактором. Действие этих факторов усиливается вследствие того, что преобразователи имеют большую величину выпрямленного тока при низком уровне напря­ жения. Чувствительными к несимметрии управления являются и схемы с регулированием тиристорами на первичной стороне транс­ форматора.

Ограничение несимметрии управления может быть достигнуто следующими путями:

1. Применением одноканальных СФУ. В этом случае значи­ тельно снижается влияние отклонений параметров элементов схемы СФУ на разброс углов включения, а также действие помехи на входе системы управления. Обычные многоканальные СФУ, доста­ точно четко работающие при питании преобразователя от сети бесконечной мощности, существенно увеличивают несимметрию уп­ равления в установке соизмеримой мощности. Это касается и си­ стем, в которых синхронизация управляющих импульсов связана только с моментами перехода напряжений сети через нуль. При­ менение одноканальных СФУ в таких схемах будет, очевидно, наи­ более рациональным.

187

2. Подбором элементов в многоканальных СФУ. При этом не­ обходимо иметь в виду, что не все элементы оказывают одинако­ вое влияние на несимметрию управления. Проведенные исследова-

служить оценкой несимметрии управления; выпрямленный ток выражен в долях от номинального (при а = 0 )

I*d = cos а.

188

Кривая 1 характеризует минимальные гармоники, полученные

2,5°. Кривая 2 соответствует режиму, при котором разброс сопро­ тивлений R7 был доведен до '±25% - Кривая 3 получена в режиме, при котором в состоянии оптимальной настройки схемы была

ложение, соответствующее полностью настроенной схеме, разброс

в том числе транзисторы, импульсные трансформаторы (ТрІ) и си­ ловые тиристоры, однако последние существенного влияния на несимметрию управления не оказали.

Из приведенных на рис. 6.6 кривых следует, что наибольшее

ния ГИ. Влияние их заключается не только в отклонениях пара­ метров, но и в сочетании этих отклонений по каналам, о чем свиде­ тельствуют произведенные при эксперименте перестановки. Из-за сильного влияния прежде всего конденсаторов ГПН вводимая часто в этот узел подрегулировка (R4) не всегда дает должный эффект. Настроенная в исходном состоянии схема увеличивает несиммет­ рию при изменении управляющего сигнала (Uy) или температуры окружающей среды. Необходимо принимать во внимание влияние

идругих факторов.

3.Эффективным подавлением помехи в управляющем сигнале, например, путем включения фильтра с большим коэффициентом сглаживания.

§ 6.5. Несимметрия в симметричных схемах выпрямления при симметричной системе управляющих импульсов

Особенности работы симметричных схем выпрямления при сим­ метрии управляющих импульсов, но несимметрии углов включения начнем рассматривать с трехфазной нулевой схемы, позволяющей получить наиболее общие выводы. При этом будем принимать во внимание только несимметрию управления, обусловленную несим­ метрией напряжений сети, несимметрию же случайного характера учитывать не будем. При принятых условиях углы включения оп­

Начало отсчета текущего угла по сравнению с ранее принятым сдвинуто в сторону отставания на угол а — срі.

Период изменения выпрямленного напряжения равен 2я, поря­ док гармоник n=k. Комплексная амплитуда п-й гармоники может

189