Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Параллельная работа статических преобразователей энергии. Учебное пособие
.pdf
При включении на параллельную работу всегда предпринимается
R
R
R
попытка обеспечить равенства
вых1 вых 2xx1xx2
,.RR UU
Однако на практике добиться этого практически невозможно, так
как существует технологический разброс параметров элементов и их изменение под воздействием внешних условий, например температуры.
Оценим, как относительно небольшие изменения величин выходных сопротивлений и напряжений холостого хода повлияют на неравномерность токовой загрузки ВУ. Примем, что
RR RRRR
где
вых1 вых2
вых1 вых вых1 вых2 вых вых2
UU UU U U
xx1 xx xx1 xx 2 xx 2
,RR
– бесконечно малые отклонения выходных сопротив-
лений от их номинального значения
,,
(7)
,,
;
вых
xx
,UU
xx1 xx2
– бесконечно
малые отклонения напряжений холостого хода от номинального значе-
U
xx
.
ния
Оценим неравномерность токовой загрузки с помощью полного
I
дифференциала разностного тока (
,, ,UU R R
xx1 xx2 вых1 вых2
dI U
Если принять
. В результате получим
RR UU
вых1 вых2 xx1 xx2
н
()()
вых1 вых2 вых
22
RR
вых1 вых2
RR
), приняв в качестве переменных
. (8)
RR
вых1 вых2
, то соотношение (8) можно запи-
сать следующим образом:
dI
RR R U U
вых вых вых н н
. (9)
UR R U U
нвых1 вых2 xx1 xx2
Неравномерность загрузки ВУ удобно характеризовать в долях тока
нагрузки
dI
dI
, тогда, учитывая, что
I
н
RR R U U
нвых1 вых2 xx1 xx2
dI
RR R U U
вых вых вых н н
U
н
, будем иметь
I
н
н
. (10)
21
Оценим максимальную неравномерность распределения тока
R
между ВУ. Из выражения (10) следует, что она будет иметь место при
следующем соотношении между отклонениями выходных сопротивлений и напряжений холостого хода:
вых1 вых2 вых, xx1 xx2 xx
RRUUU .
В этом случае
dI K
max
RR U R U
нвых xx вых xx
2
RR U R U
вых вых н вых н
U
В соотношении (11) коэффициент жесткости внешней характери-
R
стики
определен с учетом того, что
UK
R
вых
эк
.
2
Перейдем в соотношении (11) от бесконечно малых приращений к
конечным приращениям, выполнив замену
, в результате полу-
чим
IK
max
RR U R U
нвых xx вых xx
2
RR U R U
вых вых н вых н
U
В соответствии с параметрами схемы замещения (см. рис. 9) можем
записать:
RqR LqRR
вых ТР д ф
UEU EU
xx 0 0 0
qm
s
2
qm
d
2sin .
qm
,
(13)
. (11)
. (12)
Остановимся на некоторых количественных оценках величины
. Возьмем в качестве примера систему из двух парал-
max
I
лельно работающих ВУ, генерирующих постоянное напряжение 27 В.
Оценим необходимую жесткость внешней характеристики такой системы, для этого обратимся к ГОСТ Р 54073–2010, откуда следует, что
в установившемся режиме напряжение на зажимах системы должно
22
лежать в диапазоне 24…29,4 В, следовательно, в соответствии с выра-
K
жением (2) жесткость внешней характеристики должна удовлетворять
неравенству
K
U
U
ном
U
27
5, 4
5
. (14)
Тогда из (12) получим
I
RU
вых xx
RU K
вых н U
max
. (15)
Так, если принять, что допустимая неточность распределения токов
между ВУ должна быть меньше 10 %, из (14) и (15) будет следовать, что
RU
вых xx
RU
вых н
100% 2%
10 %
5
.
При равном распределении неточностей получим
RU
вых xx
100 % 100 % 1 %
RU
вых н
.
Достигнуть такого разброса параметров без специального подбора
элементов в ВУ практически невозможно. Для того чтобы убедиться в
справедливости этого суждения, рассмотрим, в каких диапазонах могут
изменяться параметры схемы замещения ВУ.
Так, в соответствии с ГОСТ Р 52719–2007 на силовые трансформаторы изменения основных параметров с учетом технологического разброса и температурного
ухода должны соответствовать следующим ве-
личинам:
L
R
ТР
100 % 10 %, 100 % 7, 5 %,
RL
ТР
K
ТР
KR
ТР ф
100 % 0,5 %, 100 % 10 %.
s
s
R
ф
Здесь
– коэффициент трансформации согласующего трансформа-
ТР
тора.
23
Согласно [12] для мощных диодов частотных и высокочастотных со
E
средними значениями тока 100…350 А и рабочими частотами до
2000…2500 Гц можно для оценки принять:
1, 2...1,3 B, 0,1В, 0,9...1, 7 мОм,0,01мОм.UUR R
00дд
В соотношении (13) величина
определяется разбросом коэффи-
циентов трансформации согласующих трансформаторов, т. е.
UU
100 % 0, 5 %
.
Рассмотрим в качестве примера параллельную работу двух ВУ суммарной мощностью 10 кВт, генерирующих 27 В с требованиями по
ГОСТ Р 54073–2010. В этом случае
29,4B, 0, 0729 Ом, 0,033Ом,
UR R
xx н.ном вых
RI
0,0017Ом,370А.
эк н
Расчеты показывают, что
UU
xx
100 % 0,91%
н
RR
вых
,
100 % 9,1%
вых
.
Следовательно,
IK
max
RU
вых xx
U
RU
вых н
100 % 4, 4(0,91 9,1) % 44,04 %,
0,4404 162, А.II
н
Это означает, что возможна следующая токовая нагрузка для каждого из ВУ:
II
нн
IIII
BB
(1 ) 266, (1 ) 104.
12
22
Приведенные расчеты являются лишь оценкой параметров, но
наглядно показывают, что достигнуть высокой точности распределения
токов между параллельно работающими выпрямительными устройствами на общую нагрузку без подбора параметров довольно сложно.
24
Рассмотрим параллельную работу двух ВУ на общую нагрузку, со-
R
I
IАБI
держащую аккумуляторную батарею (рис. 13).
ВУ
1
ТР
1
В
1
27В
АБ
НАГРУЗКА
200/115В, 400Гц
ТР
ВУ
2
В
2
2
Рис. 13. Схема включения двух параллельно работающих
ВУ на общую нагрузку, содержащую аккумуляторную батарею
Если не рассматривать переходные процессы, связанные с зарядом
и разрядом аккумуляторной батареи, то можно воспользоваться упрощенной схемой замещения АБ (рис. 14).
,,
На рис. 14
ние, напряжение холостого хода и ток заряда АБ.
Схему замещения для системы с АБ (рис. 13) получим, используя
результаты анализа системы с двумя параллельными ВУ при работе на
«пассивную» нагрузку (см. рис. 11). Для этого на рис. 12, а необходимо
ввести еще одну параллельную ветвь, отражающую аккумуляторную батарею. В
результате получим схему замещения, показанную на рис. 15.
I
АБ
U
АБ
UI
АБ АБхх АБ
R
АБ
U
АБ хх
– эквивалентное внутреннее сопротивле-
R
вых1
I
В1
R
вых2
U
хх1
В2
R
АБ
U
хх2
U
АБхх
н
R
U
н
н
Рис. 14. Схема замещения
аккумуляторной батареи
Рис. 15. Схема замещения двух параллельно
работающих ВУ на общую нагрузку и АБ
25
Если воспользоваться теоремой об эквивалентном генераторе, то по-
лучим эквивалентную схему, полностью аналогичную рис. 12, б. Элементы этой схемы будут определяться с помощью следующих соотношений:
RU R
экв экв экв
111
RRR
вых1 вых2 АБ
1
,.
UUU
xx1 xx2 АБхх
RR R
вых1 вых2 АБ
(16)
У никель-кадмиевых АБ авиационного назначения с большими пусковыми токами (600…1200 А) сопротивление заряженной батареи лежит в диапазоне 1…4 мОм [13]. Это позволяет для ВУ с уровнем мощности до 10 кВт принять, что
АБ вых1 вых2
,RRR
. (17)
Тогда соотношения (16) можно значительно упростить:
экв АБ экв АБхх
,RRUU
. (18)
Из рис. 15 и соотношения (4) можно записать
Учитывая, что
UU U
нэквАБхх
RR RR
экв н АБ н
нвых1 вых2
ство (17), из (19) получим
нн
,RR R
UU
нАБхх
, и принимая во внимание неравен-
, т. е. напряжение на нагрузке пол-
. (19)
RR
ностью определяется АБ в случае ее заряженного состояния.
Этот вывод позволяет воспользоваться ранее полученным соотношением (11) для оценки неравномерности токовой загрузки ВУ в следующем виде:
I
max
RR U
нвых xx
2
RR U
вых вых н
. (20)
Поэтому можно заключить, что произведенные выше оценки
I
для двух параллельно работающих ВУ на «пассивную»
max
нагрузку суммарной мощностью 10 кВт практически останутся без изменения.
26
Таким образом, обеспечить высокую точность распределения тока
между параллельно работающими ВУ на базе неуправляемых выпрямителей невозможно без подбора параметров элементов выпрямительных
устройств.
2.2. ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА
УПРАВЛЯЕМЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ
Проблема параллельной работы ВУ на базе управляемых выпрямителей (УВ) решается путем введения совокупности обратных связей по
току и напряжению, как это показано в разделе 1.
Рассмотрим подробно применение этих способов, для чего на первом этапе сначала необходимо остановиться на алгоритмах управления
отдельным выпрямителем.
На рис. 16 ВК – силовая схема УВ на
тиристорах;
,L С – индук-
фф
тивность и емкость выходного LC-фильтра; СУ – система управления,
в состав которой входят: система импульсно-фазового управления
(СИФУ), назначение которой – преобразовывать сигнал управления
(
u ) в последовательность импульсов с регулируемой фазой для вклю-
у
чения тиристоров; драйверы, предназначенные для формирования по
длительности, усилению по мощности импульсов управления и обеспечения гальванической развязки с силовой схемой УВ.
Полагая, что напряжение на нагрузке практически не имеет пульсаций, примем
iI
нн
и напряжения нагрузки;
uU
и
нн
, где
,IU
нн
,iu
– мгновенные значения тока
нн
– постоянные составляющие тока и
напряжения нагрузки.
Основной характеристикой управляемого выпрямителя является зависимость постоянной составляющей выходного напряжения в режиме
холостого хода (
()
ния
, которая определяется следующим соотношением [10]:
U ) от угла регулирования импульсов управле-
xxd
где
UU
2sin
0
d
qm
UU
, (21)
xx 0
dd
.
qm
27
cos
L
R
f
f
ф
i
iI
ТР
m фаз
ВК
d
нн
u
d
C
ф
uU
н
нн
СУ
Сеть трехфазного переменного то ка
Рис. 16. Структурная схема управляемого выпрямителя
Наибольшее распространение получил метод определения угла
путем сравнения сигнала управления (
При аналоговой реализации метода эти сигналы реализуются с помощью соответствующих напряжений. Зависимость
ления называют законом регулирования и математически определяют в
виде соотношения
ческие параметры УВ в замкнутой системе управления. Действительно,
связь выходного напряжения в (21) с сигналом управления определяется
соотношением
Драйверы
()
u . От
у
u
СИФУ
у
u ) с опорным сигналом (
у
от сигнала управ-
()
u зависят статические и динами-
у
u
).
оп
UU fu
xx 0 у
dd
В силу нелинейной зависимости
cos ( )
от сигнала управления
xxdU
.
u
у
для характеристики УВ, как звена замкнутой системы управления, необходимо вводить два значения коэффициента усиления, а именно статический и динамический [14], которые определяются соотношениями:
cтатический коэффициент усиления выпрямителя
U
d
xx
K
в
; (22а)
U
у
28
динамический коэффициент усиления
K
f
f
U
d
где
U – постоянная составляющая сигнала управления.
у
K
вд
Статический коэффициент усиления
xx
()
df u
du
у
у
, (22б)
uU
уу
применяется при анализе
в
системы в «большом», когда управляющие и возмущающие воздействия изменяются существенно. Динамический коэффициент усиления
применяется при анализе систем при «малых» изменениях управ-
K
вд
ляющих и возмущающих воздействий.
На практике используют два вида законов регулирования
()
u ,
у
рассмотрим их с помощью рис. 17. Здесь на примере трехфазной электрической сети (
ления (
напряжением
сигнала
u ), включающего тиристор, анод которого подключен к фазе с
уи
u
1
u будет изменяться импульс управления и соответственно мо-
у
мент подключения к нагрузке напряжения
ков в качестве временной шкалы использована величина
) показан процесс формирования импульса управ-
3m
. Рисунок показывает, каким образом при изменении
u
. При построении графи-
1
, изме-
t
ряемая в радианах, что создает удобство для дальнейшего описания.
u
На рис. 17 показано также выпрямленное напряжение
ная составляющая
в различных формах опорных сигналов
. Отличие между рис. 17, а и 17, б заключается
xxdU
()u
: в первом случае –
оп
, его постоян-
d
это линейно «падающий» сигнал, во втором – ниспадающий участок косинусоидального сигнала. Необходимо отметить, что опорные сигналы
синхронизированы с точкой естественного «зажигания» тиристора [10],
которая соответствует моменту приложения к нему положительного
напряжения.
Определим для каждого из законов регулирования статический и динамический коэффициенты усиления выпрямителя. Для этого, поместив
начало
ски законы изменения
чим выражение для закона регулирования
отсчета в точке естественного «зажигания», найдем аналитиче-
()u
, а затем при заданной величине
оп
()
u .
у
u полу-
у
29
t
t
3
u
xxd
U
2
u
d
u
1
u
иу
2 m
u
t
у
u
()u
оп
б
2
0
2U
оп
U
t
3
u
t
xxd
t
у
u
оп
U
30
U
()u
оп
2
u
d
u
1
u
2U
иу
2 m
u
2U
а
2
0
оп
U
оп
U
сигнала (а) и косинусоидального (б)
Рис. 17. Определение угла регулирования с помощью линейного опорного
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]