Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Однофазные многоуровневые полупроводниковые выпрямители переменного тока. Учебное пособие
.pdf
Формирование входного тока выпрямителя
A
A
A
I
K
действием разности входного источника
Запишем напряжение
здесь
U
d
() 1 cos 2 1 ,
uk
AB
– напряжение в звене постоянного тока.
k
u
в виде ряда Фурье:
B
2sin(21)
Uk
d
0
(2 1) 2
k
e
1
i
осуществляется под
1
и напряжения
u
B
(1.1)
.
Анализ соотношения (1.1) показывает, что на амплитуды гармони-
u
ческих составляющих напряжения
среди прочих параметров вли-
B
яет коэффициент γ . При этом для определенного числа k, соответствующего некоторому номеру гармоники, можно найти значение γ,
при котором коэффициент
1cos 2 1
k
обнулится, а также
2
обнулится амплитуда данной гармоники напряжения. Как следствие,
во входном токе выпрямителя будет отсутствовать гармоника тока
с этим же номером.
На рис. 1.6 показаны эпюры тока
(где
– номер гармоники). На рис. 1.6, а отражены
ν
()i
и его гармонический спектр
1
()i
и
1
*
выпря-
мителя, работающего без переключения (разомкнутое состояние) дву-
S
S
и
направленных ключей
a
, а на рис. 1.6, б, в – работа выпрямите-
b
ля в режиме Алгоритма I, исключающего третью и пятую гармоники
во входном токе выпрямителя.
Таким образом, можно отметить, что при отсутствии в схеме вы-
S
прямителя дополнительных ключей
S
и
a
качество входного тока
b
выпрямителя значительно хуже, чем при наличии этих ключей, работающих по определенному алгоритму. Из этого можно сделать вывод,
что работа двунаправленных ключей при Алгоритме I выполняет
функцию снижения коэффициента гармоник входного тока выпрями-
теля (
), тем самым происходит коррекция входного коэффициента
г.т
мощности выпрямителя.
11
Очевидно, что работа ключей
S
S
и
а
не ограничивается только
b
одним алгоритмом. Рассмотрим еще один алгоритм для однофазного
трехуровневого выпрямителя, позволяющего осуществить коррекцию
входного коэффициента мощности.
0
*
()i
1
Режимк оррекции
Алгорит м‐I
2
3
12.8%K
г.т
I
*
()i
1
0
*
I
Безработы
Алгорит ма‐I
83.7%K
г.т
*
I
0
*
*
()i
1
Режимк оррекции
Алгоритм‐I
2
5
14.85%K
г.т
а б в
Рис. 1.6. Формы и спектры входного тока выпрямителя
Алгоритм II
Отличительной особенностью этого алгоритма является наличие до-
S
S
,
полнительного интервала времени, где ключи
одновременно
a
b
замкнуты и подключены к средней точке конденсаторов C1, C2,
S
(рис. 1.7). При этом короткий импульс замыкания ключа
ется в середине длинного импульса замыкания ключа
S
короткого импульса ключа
пульса ключа
S
. Длительность замкнутого состояния одновременно
a
приходится на середину длинного им-
b
S
формиру-
a
, а воздействие
b
12
действующих импульсов равно
B
A
A
A
А
в пределах от 0 до
π
в зависимости от коэффициента
γπ
. Этот интервал может меняться
1
, который мо-
1
жет принимать значение от 0 до 1. При этом длинные интервалы рабо-
S
S
,
ты ключей
и определяются значением коэффициента
по-прежнему определяются соотношением γπ
a
b
, который меняется в пре-
делах от 0 до 1.
()e
1
0
2
S
b
S
a
S
a
S
b
U
u
AN
u
N
u
AB
1
2
0
U
0
2U
0
U
0
2
S
b
S
a
1
S
a
S
b
Рис. 1.7. Диаграммы работы выпрямителя (Алгоритм II)
u
Как видно из рис. 1.7, форма напряжения
отличается от формы напряжения
u
, формирующегося при Алго-
B
при Алгоритме II
B
ритме I. У такого напряжения лучший гармонический состав, чему
u
свидетельствует спектр напряжения
Запишем для данного алгоритма напряжение
, представленный на рис. 1.8.
B
u
в виде ряда
В
Фурье:
13
А
I
2sin(21)
Uk
0
d
() cos 2 1 cos 2 1 .
ukk
AB
k
(2 1) 2 2
k
1
(1.2)
Анализ выражения (1.2) показывает, что коэффициенты γ и
γ
1
оказывают влияние на амплитуды гармоник. Так, например, на рис. 1.8
u
показан спектр напряжения
значениях
и
, позволяющих исключить 3-ю и 5-ю гармоники
1
в напряжении, а следовательно, и в токе
*
, рассчитанный при определенных
В
i
.
1
Рис. 1.8. Спектр входного тока выпрямителя
при Алгоритме II,
δ =
π
10
1.4.1. Токовая загрузка элементов однофазного трехуровневого
нерекуперирующего выпрямителя (Алгоритм I)
При определении токовой загрузки элементов схемы (см. рис. 1.4)
будем полагать, что входной ток выпрямителя непрерывный и имеет
синусоидальную форму, рис. 1.9.
14
i
1
2
S
a
S
S
a
2
Рис. 1.9. Токи, формирующиеся при Алгоритме I
b
i
d
i
d
При условии
UU
12cc
среднее
I и действующее
(ср)VD
I
ния тока диода выпрямителя определятся в следующем виде:
1cos
I
1(1)
m
где
I – амплитуда первой гармоники входного тока выпрямителя;
1(1)m
Iid
(ср)1
VD
IidI
VD m
1
22
2
11
2
11(1)
28
2
Интервал замкнутого состояния
,
22
, следовательно, действующие значения токов этих клю-
2sin.
S
a
2
(1.3)
,
S
,
лежит в пределах
b
(1.4)
чей запишем в виде
15
VD
значе-
2
III I d
Sa Sb S m
1
1(1)
T
2
sin
2
(1.5)
I
1(1)
1
m
4
sin( ) .
Максимальное значение тока ключа составляет:
Среднее значение тока через диоды
2
IIdI
1,3 (ср) 1(1) 1(1)
Dmm
S
1
22
0
sin ,
D двунаправленного ключа:
1,3S
соответственно среднее значение тока диодов
ляться в виде следующего соотношения:
cos 1
2
II
2,4(ср)1(1)
Dm
S
Действующие значения токов диодов
2
D и
1,3S
равны и легко могут быть записаны в виде
II
1,2, 3,4 1(1)
Dm
S
1
8
sin .
II
Sm m
D
2, 4
S
1cos
sin
1(1)
2
(1.6)
будет опреде-
(1.7)
.
D между собой
2,4S
(1.8)
.
2
По приведенной ниже формуле определяется действующее значе-
C
C
и
ние токов, протекающих через конденсаторы
22
()(),
где
I
dd
I
и
– действующее и среднее значения выпрямленного тока
d
II I
cdd d
1
(1.9)
:
2
соответственно.
16
При этом
2
IId
dd m
где
I – действующее значение первой гармоники входного тока вы-
1(1)
1
I
1(1)
1(1)
0
1
2sin(),
2
sin
2
(1.10)
прямителя.
если
1
II d
dm
II d
dm
0
2
2
1
, то
sin( ) 1 cos ;
1(1)
sin( ) 1 cos ,
1(1)
I
1(1)
II
dd
I
1(1)
m
I
1(1)
m
m
1cos .
2
2
2
(1.11)
(1.12)
I
запишем:
c
1
1cos .
2
2
(1.13)
С учетом выражения (1.7) ток
II
cm
2sin
1(1)
42
1.4.2. Токовая загрузка элементов однофазного трехуровневого
нерекуперирующего выпрямителя (Алгоритм II)
Анализируя токовую загрузку элементов выпрямителя при данном
алгоритме, как и ранее, предположим, что входной ток выпрямителя
,
синусоидальный. Согласно рис. 1.10 через ключи
,
следующие составляющие тока:
.
i
i
17
SS
ab
протекают
S
b
S
S
a
a
S
S
b
b
S
a
S
a
S
b
i
1
I
(1)m
i
d
i
Sa
i
Sa
i
Sb
1
2
2
Рис. 1.10. Токи в трехуровневом выпрямителе
Действующие значения токов
соотношениями:
2
1
Iid
Sa Sa
T
2
i
Sa
i
Sb
i
Sb
(Алгоритм II)
I
2
() sin ;
Sa
I
и
I
определятся следующими
Sa
2
m
1(1)
4
(1.14)
1
2
1
Iid
Sa Sa
T
2
() sin .
1
2
2
I
m
1(1)
11
4
(1.15)
18
22
I
II
Тогда
При этом максимальные значения токов
Sa Sa Sa
III
Sa Sb S
IIII
Sam Sbm Sm m
, или
2
I
1(1)
m
11
4
1(1)
sin sin .
I
I
и
Sa
sin .
определятся как
Sb
(1.17)
2
(1.16)
Средние значения токов диодов двунаправленных ключей выпрямителя соответствуют выражению
I
I
D
S
1,3 (ср)
2cos cos
1(1)
m
а средние значения токов диодов
I
I
D
S
2,4(ср)
cos cos 2
1(1)
m
Действующие значения токов диодов
1
22
2
2, 4
D
определяются выражением
S
1
22
2
D
S
1, 3
и
D
,
2, 4
S
(1.18)
.
(1.19)
между собой
равны и определяются согласно соотношению
II
1,2, 3,4 1(1) 1 1
Dm
S
1
8
sin sin .
(1.20)
Среднее и действующее значения тока диода выпрямителя для рассматриваемого алгоритма запишутся в виде
1
2
Iid
(ср)1
VD
1
22
2
1
I
cos cos
1(1)
m
22
(1.21)
;
19
1
2
Iid
VD
1
2
2
1
2
(1.22)
I
m
1(1) 1 1
Средние значения токов
I
2
1(1)
I
2
1(1)
0
При
получаем
1
(2 ) sin( ) sin( ) .
8
i
i
и
будут определяться выражениями:
d
d
1
I
Id
d
m
m
cos cos ;
I
1
Id
d
cos cos .
2
1
m
44
m
44
sin( )
2
11
2
sin( )
1
2
11
(1.23)
(1.24)
1
I
I
d
cos cos
1(1)
m
22
.
(1.25)
Действующее значение выпрямленного тока и тока конденсатора
соответственно определим как
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]