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

учитывая действительные углы коммутации для первой гармоники, получаем

Запись амплитуд линейных и фазных э. д. с. в комплексной форме соответствует выражениям (6.1) и (6.2).

Заменяя в (6.38) действительные углы коммутации эквивалент­ ным, получаем

Согласно общей тенденции снижения зависимости гармоник от

не зависит и от угла включения, этот угол влияет только на на­ чальную фазу гармоники. Данные особенности первой гармоники подтверждают тот факт, что она имеет общие закономерности при различных принципах управления.

Поскольку основной характеристикой степени иесимметрии яв­ ляется коэффициент иесимметрии, то, очевидно, и при данном принципе управления целесообразно первую составляющую выра­ зить через этот указанный коэффициент. Наиболее просто такую зависимость можно установить, если обратиться к кривым выпрям­

рии углов включения и при симметрии управляющих импульсов. Форма кривых выпрямленного напряжения в рассматриваемых двух режимах при обычной несимметрии (рис. 6.11) имеет незна­ чительные отличия, обусловленные некоторым сдвигом моментов коммутации соответствующих пар вентилей. В силу этого можно считать, что гармоники напряжения в обоих случаях одинаковы. Тогда, принимая во внимание, что при обычной несимметрии прак­

200

Важно отметить, что при одном и том же значении е величина Еп не зависит от соотношения линейных э. д. с. Согласно (6.40) при п=1 она обращается в нуль, что соответствует действительной

а)

С увеличением порядка начальная фаза данного напряжения по

при п = 4, 7, 10,...

Я1

В(6.41) и (6.44) в случае двойного знака верхний соответствует порядкам іг = 2, 5, 8,...; нижний — я = 4, 7, 10, . . .

в форме кривых выпрямленного напряжения при рассмотренных принципах управления (рис. 6.11) все же существует некоторая неидентичность. Она в основном обусловливает неодинаковую ве­ личину гармоник высоких порядков, что согласуется и с харак­

ник. С повышением порядка погрешность расчета гармоник по

202

и не зависят от несимметрии фазных! Исключение составляет пер­ вая гармоника в нулевой схеме, которая в отличие от ранее рас­ смотренного случая зависит от несимметрии - и линейных, и фаз­ ных э. д. с.

Если сравнивать принципы управления при симметрии управ­ ляющих импульсов и при симметрии углов включения, то можно отметить, что в отношении возбуждения гармоник неканонических порядков более благоприятным является первый. При втором спо­ собе управления первая составляющая возрастает с увеличением

рее, чем во втором случае. Если при симметрии импульсов в на­ грузочных режимах первые составляющие не превосходят соот­ ветствующих составляющих на холостом ходу, то при симметрии углов включения данное соотношение нарушается и гармоники при нагрузке могут заметно превышать гармоники, холостого хода.

Можно отметить различия и в физической сущности выпрям­ ления при обоих способах управления. Если сравнить выражения (6.16) и (6.30), то становится ясным, что при прочих равных усло­ виях (большую наглядность дает режим холостого хода) во вто­ ром случае напряжение Ud имеет большую величину по сравне­ нию с первым, так как £ і < £ н . Это свидетельствует о том, что при симметрии углов включения выпрямляются напряжения как пря­ мой, так и обратной последовательности. Участие напряжений обратной последовательности в процессе формирования выпрям­ ленного напряжения обусловлено нарушением интервалов прово­ димости вентилей. Однако при обычной несимметрии отклонения интервалов малы, и поэтому доля напряжений обратной последова­ тельности в выпрямленном напряжении невелика. Отмеченные.выше различия в значениях неканонических гармоник объясняются тем, что при симметрии углов включения на процесс возбуждения этих гармоник некоторое влияние начинают оказывать напряжения пря­ мой последовательности, придавая неканоническим гармоникам свойства, характерные для гармоник канонических порядков.

§ 6.7. Несимметрия в симметричных схемах выпрямления при несимметрии управляющих импульсов и углов включения

Данный случай является наиболее общим и вынуждает рас­ сматривать не только несимметрию напряжения, но и несимметрию управления, обусловленную несимметрией напряжений сети.

204

Комплексная амплитуда /г-й гармоники в трехфазной нулевой схеме может быть найдена следующим образом (рис. 6.12):

(6.46)

где А а л = а л — а ; Аав = ав—а; Лас = ас—а.

Рис. 6.12. Кривая выпрямленного напряжения в трехфазной ну­ левой схеме при несимметрии управляющих импульсов и углов включения.

Рассматривая комплексную амплитуду как функцию углов включения и коммутации, представим ее в виде ряда Тейлора. Учитывая, что отклонения данных углов достаточно малы, огра­ ничимся первым приближением ряда, тогда амплитуда Ün, как и в предыдущих случаях, определится в виде суммы двух состав­ ляющих. Первая составляющая обусловлена только несимметрией

требуемых операций получим выражение (6.33).

205

Вторая составляющая обусловлена только отклонениями углов включения и коммутации, возникшими под воздействием несиммет­ рии напряжений. Следовательно, из (6.46) имеем

После выполнения необходимых операций, связанных с на­ хождением второго члена ряда Тейлора (заметим, что в этом случае не требуется производить операций интегрирования), по­ лучаем

величиной отклонений углов включения и коммутации и их со­

Полученные результаты остаются справедливыми и для трех­ фазной мостовой схемы, в которой период выпрямленного напря­ жения равен П, а порядок гармоник n = 2k.

206

Рассмотрим более подробно природу образования гармоник неканонических порядков. Величину Еп, входящую в 0'п, можно представить следующим образом:

При заданном режиме несимметрии комплексные коэффици­ енты û i и ад являются функциями порядка и показывают степень участия симметричных составляющих Е\ и Ец в образовании пер­ вой составляющей данной гармоники. Из структуры выражения, определяющего коэффициент ат, следует, что участие напряжений прямой последовательности в возбуждении неканонических гар­ моник, как отмечалось ранее, обусловлено только отклонениями интервалов проводимости вентилей. При обычной несимметрии для представляющей наибольший интерес второй гармоники а п « 1 , a коэффициент а\ принимает очень малое значение, однако доля первого слагаемого правой части (6.50) в образовании Е2 состав­ ляет 50% второго. Подобное соотношение обеспечивается вслед­ ствие существенного превышения величины Еі над Ей- С измене­ нием порядка соотношение составляющих правой части (6.50) из­ меняется.

Выражение (6.47) для второй составляющей n-й гармоники можно преобразовать (при у = 0) :

в возбуждении вторых составляющих неканонических гармоник.

жения прямой последовательности. Выражение (6.49) для всех неканонических порядков дает один и тот же результат (по мо­ дулю), что является следствием перехода к симметричному виду.

207

ний Да. Последние могут быть определены, если известны струк­ тура СФУ и способ синхронизации управляющих импульсов. На рис. 6.13 представлены рассчитанные по формуле (6.8) зависимости отклонений Да для приведенного в предыдущих параграфах при­ мера несимметрии (е = 2%). Расчет относится к СФУ, в которой в качестве переменных напряжений фазосдвигающего устройства

рядков и их составляющих (при у = 0 ) . При данном принципе син­ хронизации появление второй составляющей приводит к снижению

Для того чтобы составляющие оставались в противофазе, должна регулироваться и начальная фаза другой составляющей. Но как

изменения величин отклонений и их сочетаний. Подобная картина наблюдается при любых соотношениях линейных напряжений сети, если они синусоидальны.

Факт снижения гармоник неканонических порядков в анали­ зируемой схеме объясняется тем, что при возникновении несим­ метрии напряжений в сети автоматически изменяются углы вклю­ чения отдельных вентилей в таком порядке, что на вентилях, при-

208

соединенных к фазе с наибольшим напряжением, они увеличива­ ются, с наименьшим напряжением — уменьшаются.

В тех случаях, когда не возникает необходимости нахождения начальных фаз, при обычной несимметрии более удобно пользо­ ваться формулами (6.42) — (6.44), определяющими зависимость амплитуд гармоник от коэффициента несимметрии. Величина ко­ эффициента несимметрии напряжений на различных типах судов может быть установлена с помощью измерений и последующих рас­ четов.

Важное значение имеет анализ преобразователей при возник­ новении коротких замыканий в электроэнергетической установке. Несимметрия напряжений, появляющаяся в таких режимах, ха­ рактеризуется тем, что обычно два линейных напряжения имеют одинаковую величину. Особенности процессов, протекающих в трехфазной мостовой схеме при подобном виде несимметрии, рассмотрены в [45].

При коротких замыканиях в сети может произойти провал вы­ прямленного напряжения, что необходимо учитывать в ряде пре­ образовательных устройств. Например, в установках типа ВАКС в таких случаях наблюдается уменьшение угла а до тех пор, пока выпрямленное напряжение не достигнет заданного уровня. Од­ нако при недостаточном запасе по углу а выравнивания напря­ жения не произойдет. Расчет снижения выпрямленного напряже­ ния для трехфазной мостовой схемы может быть выполнен с по­ мощью выражения

необходимо найти углы включения и коммутации. Последние мо­ гут быть определены по формуле (6.23). Отметим, что при несим­ метрии углов включения не может быть режима, эквивалентного неуправляемому. При уменьшении углов включения один из них достигнет нулевого значения раньше других, вследствие чего мо­

возбуждаются неканонические гармоники весьма больших значе­ ний. Это в первую очередь относится ко второй гармонике. Так, при снижении двух линейных напряжений на одну треть по отно­

Расчет неравномерности загрузки вентилей при несимметрич­

209