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

ного тока при возникновении коротких замыканий в сети. Это же относится и к ведомому инвертору в схемах частотного управления асинхронным электроприводом (рис. 4.22).

Как отмечалось ранее, опрокидывание инвертора в подобных установках может произойти при провалах напряжения в сети вследствие увеличения угла коммутации, вызванного возрастанием тока инвертора. При чрезмерном увеличении тока угол коммутации

чем в преобразователе происходит неравномерное увеличение углов коммутации. Опрокидывание инвертора наступает, когда наиболь­ ший из углов коммутации превысит угол опережения. Расчет углов коммутации может быть произведен с помощью выражения (6.23) после необходимых расчетов по режиму короткого замыкания.

Кроме увеличения углов коммутации опрокидыванию инвертора при коротких замыканиях способствует и несимметрия углов вклю­ чения. В зависимости от структуры СФУ при коротких замыканиях может возникнуть значительный разброс этих углов. Увеличение углов включения некоторых вентилей обозначает одновременное снижение углов опережения, а уменьшение углов ß до величины, меньшей определенного минимального значения ßM P r a , необходимого для нормальной работы инвертора, и вызывает опрокидывание по­ следнего. Особо опасным является случай, когда происходит од­ новременное увеличение угла включения какого-либо вентиля и соответствующего угла коммутации.

Значительное увеличение несимметрии углов включения при ко­ ротких замыканиях наблюдается в схемах с симметричной систе­ мой управляющих импульсов. Так, при снижении напряжения од­ ной из фаз на 50% в схеме, синхронизация управляющих импуль­ сов в которой связана с нулевыми значениями фазных э. д. с , угол опережения вентилей этой фазы уменьшается на 11° [13]. Следова­ тельно, в данных случаях во избежание аварийного перехода пре­ образователя из инверторного режима в выпрямительный необхо­ димо предусматривать увеличение угла ßtmn на величину несим­ метрии углов включения, а также углов коммутации. Указанный вопрос является особенно важным для судовых условий, так как возникновение коротких замыканий в судовых электроэнергетиче­ ских установках достаточно вероятно, а СФУ большинства судовых преобразователей выполняются с синхронизацией от нулевых зна­ чений фазных э. д. с. Следует отметить, что обладающие многими достоинствами одноканальные системы управления также имеют

трансформатора увеличивается, что является нежелательным для судовых условий. В связи с этим отметим, что использование СФУ с синхронизацией управляющих импульсов от нулевых значений линейных напряжений сети не приводит к несимметрии углов вклю­ чения. В результате повышается устойчивость работы преобразова-

210

теля в инверторном режиме, в частности, при возникновении корот­ ких замыканий в сети, поэтому данные СФУ являются для схем вентильных приводов с генераторным торможением более предпоч­ тительными по сравнению с применяемыми в настоящее время.

§ 6.8. Несимметрия в несимметричных схемах выпрямления

Проведем анализ выпрямленного напряжения при несимметрии напряжений сети в достаточно распространенной в судовых преоб­ разовательных установках трехфазной мостовой несимметричной

ос

Рис. 6.15. Кривая выпрямленного напряжения в трехфазной мо­ стовой несимметричной схеме при несимметрии управляющих им­ пульсов и углов включения.

схеме. При этом рассмотрим общий случай, когда имеется несим­ метрия управляющих импульсов и углов включения.

При изменении угла а в пределах от нуля до 180° в кривой вы­

трех. Последняя является промежуточной между двумя первыми. При рассмотрении ее можно выделить два случая: кривая имеет один и два разрыва. При полной симметрии напряжений сети и сим­

211

в первой области приведена на рис. 6.15. Так как анализируемая схема применяется в установках относительно малой мощности, где углы коммутации невелики, то их не следует принимать во вни­ мание.

Комплексную амплитуду п-й гармоники в первой области [9] можно найти следующим образом:

Амплитуда первой доставляющей

"л 2 — 1

X У 2 + (л2 — 1) sin2 а + [(л + 1) cos (л — 1) а—(л — 1) cos (л + 1) а] .

щаются в нули, определение U\ становится невозможным. Раскры­ вая неопределенность, находим, что V\ — Q.

Устанавливая зависимость первой составляющей неканониче­

212

Перед правой частью, в знаменателе перед скобками и в пока­ зателе выражения (6.55), а также в знаменателе перед корнем вы­ ражения (6.56) верхний знак соответствует порядкам п—\, 4, 7, ..., нижний — /2 = 2, 5, 8, ..., в скобках (6.55) и в подкоренном вы­ ражении (6.56) соответственно /г=1, 5, 7, ... и /г = 2, 4, 8, ...

Вторая составляющая определяется выражением

метричной схемы при несимметрии питающих напряжений присут­ ствуют гармоники всех порядков, при этом первая гармоника все­ цело определяется второй составляющей, первая составляющая отсутствует. Выпрямленное напряжение симметричной схемы со­ держит гартионйки только четных порядков. На рис. 6.16 приведены

213

зависимости амплитуд второй гармоники и первой ее составляющей от выпрямленного напряжения при у=0 для несимметричной (сплошные кривые) и симметричной (пунктирные кривые) схем. Вторые составляющие в обеих схемах рассчитаны для случая, когда несимметрия углов включения задана соотношением (6.8).

При а = 0, когда схема работает как неуправляемая, в выпрям­ ленном напряжении присутствуют только гармоники порядков

к громоздким, неудобным для расчетов выражениям. Однако в сим­

214

где

1 при я = 3, 15, 27, . . .;

/ при п = б, 18, 30, . . .;

ап == I

—1 при п = 9, 21, 33,

—у при п = 12, 24, 36, . . .

Начало отсчета времени принимается совпадающим с моментом прохождения линейной э. д. с. через максимум. В случае двойного знака суммирования «минус» соответствует нечетным порядкам, «плюс» — четным.

Отметим, что структура формулы (6.59) свидетельствует о том, что и в этом случае выполняется общая закономерность в опреде­ лении гармоник в нагрузочных режимах.

§ 6.9. Влияние несимметрии напряжений сети на выходное напряжение широтно-импульсных преобразователей

и преобразователей частоты

При питании ШИП от источника, напряжение которого не имеет пульсации, например от аккумуляторной батареи, выходное на­ пряжение преобразователя представляет собой последовательность прямоугольных импульсов (см. рис. 1.8) и содержит гармоники по­ рядков / = 1 , 2, 3, ... При этом частота 1-й гармоники определяется выражением

вентиля, напряжение которого содержит переменную составляю­ щую. Пульсация выпрямителя приводит к амплитудно-импульсной модуляции первого рода выходного напряжения ШИП. В резуль­ тате на выходе ШИП возбуждаются неканонические гармоники имеющие частоту, отличную от При этом наличие несимметрии напряжений сети увеличивает число неканонических гармоник [7].

Модулированная последовательность импульсов может быть выражена следующим образом:

215

После преобразований, учитывая, что UH=sUd, получаем

прямителя на основе (5.51), (6.42), (6.43) для предельного случая, когда отсутствует фильтр между выпрямителем и ШИП, получаем:

при п = 2, 8, 14, . . .

при м=4, 10, 16,...

Амплитуды гармоник боковых частот определяются выраже­

216

Возбуждение в выходном напряжении ШИП гармоник (6.63), (6.64), (6.68), (6.69) обусловлено только наличием несимметрии

внапряжениях сети.

Вотличие от выпрямителя на выходе ШИП могут появиться гармоники с частотой ниже частоты напряжения сети. Пусть, на­

пример, частота коммутации ШИП /і = 910 Гц, тогда согласно (6.66) при /г = 18 и / = 1 получаем Q'= 10 Гц, т. е. на выходе ШИП возбуж­

сти системы управления частота коммутации может несколько от­ личаться от заданной. Тогда на выходе ШИП появятся гармоники весьма низких частот — несколько герц или долей герца. С повы­ шением порядка уменьшаются амплитуды гармоник как выпрями­ теля, так и канонических гармоник ШИП. Еще в большей степени уменьшаются амплитуды гармоник боковых частот как произведе­ ние гармоник ШИП фі) и выпрямителя. Включение сглаживаю­ щего фильтра на выходе выпрямителя приводит к снижению гар­ моник боковых частот.

Несимметрия напряжений сети и управления является причи­ ной возбуждения дополнительных гармоник и в выходном напря­ жении преобразователей частоты [35]. Природа появления, а так­ же виды гармоник аналогичны рассмотренным для схем ШИП. При частотном управлении асинхронными двигателями, как упо­ миналось ранее, данные гармоники создают добавочные состав­ ляющие вращающих моментов, что необходимо принимать во внимание при проектировании таких приводов.

§ 6.10. Расчет гармоник напряжения и тока. Сглаживающие фильтры

При расчете гармоник выпрямленного напряжения удобно пользоваться их графическими зависимостями от относительного значения выпрямленного тока [3, 22, 28]. Это относится также и к гармоникам потребляемого тока (см. рис. 5.1). При этом при работе выпрямителя на противо-э. д. с. в качестве базовой вели­ чины выпрямленного тока целесообразно выбирать ток / к . з и

семейство кривых рассчитывать для постоянных значении угла а. При работе выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку более целесообразно в качестве базовой величины I d выбрать ток, соот­ ветствующий углу а = 0, a относительное значение выпрямлен­ ного тока представить в виде

рассчитанные с помощью формул (5.51), (6.71) и (6.72), приведены

рис. 6.20 — для гармоник 1, 2, 3, 4 порядков, обусловленных несим­ метрией управления [формула (6.11) при Аад = 3°]. Гармоники рассчитаны для значений т в пределах от нуля до 0,1, что соответ­ ствует изменению угла у в диапазоне от нуля до 30° (при а = 0). Кривые показывают, что зависимость гармоник от параметра т, т. е. от угла у, увеличивается с повышением порядка. Для гармоник

при работе на противо- э. д. с. (двигатель постоянного тока)

1 _ _ £ * _ ) ] / " 1 + Л С о Г ) 2

где Т = —-—электромагнитная постоянная времени цепи преоб-

Rd

разования.

Индуктивность Ьэ, представляющая собой суммарную индук­ тивность цепей постоянного и переменного тока, может быть опре­ делена методом, изложенным в [44]. Однако индуктивность цепи переменного тока учитывается только в установках соизмеримой мощности.

218