Способ управления @ -фазным преобразователем с непосредственной связью Советский патент 1988 года по МПК H02M5/27 

со со

00

Изобретение относится к электротехнике, в частности к силовой преобразовательной технике, и может быт йЬпользовано для снижения уровня не- основной гармоники произвольной крат йости в общепромышленных и автоном- йых п-фазных системах электроснабжения стабильной или изменяющейся частоты.-

Целью изобретения является улуч1ае ние гармонического состава напряжени сети.

На. фиг. 1 представлена структурная Схема устройства, реализующего спо- на фиг.2 - кривая напряжения реактора, формируемая из участков ёинусоид напряжений неосновной гар- «гоники без постоянной составляющей; йа фиг.З диаграмма импульсов уп- йавления вентилями при отсутствии фазового сдвига их относительно выбран rtoro начала отсчета; на фиг.4 - кривая выпрямленного тока реактора; на фиг.5 - кривая напряжения реактора, содержащая постоянную составляющую; на фиг.6 - диаграмма импульсов управления вентилями, сдвинутых на УГОЛ 9 30 относительно выбранного начала отсчета; на фиг.7 - кри- в-ая рыпрямленного тока реактора (L я 00 ); на фиг.8 - кривые сетевого iloKa преобразователя; на фиг.9 - регулировочная характеристика устройства. Способ управления преобразователе Ъ; непосредственной связью .примени- ,; к т-фазной электрической се- т частотой со, заключается в формировании последовательности распре- дёляемых по вентилям импульсов уп- Р1авления путем поочередного выполнения следующих операций:

выделения из несинусоидального напряжения сети т-фазной системы на- пряжений неосновной гармоники частотой tt,; (где - кратность гармоники) ;

формирования из этой системы тканальной последовательности импуль-

,,.о сов управления длительностью 360 ; m

и частотой , ;

синхронизации полученных импульсов с моментами перехода через нуль напряжений -и гармоники;

одновременном регулировании фазы всех импульсов пропорционально измеренному уровню ) -и гармоники в сети.

Устройство, реализующее способ (фиг.1), содержит известный вентильный преобразователь 1 частоты, выполненный, например, по трехфазной нулевой схеме на полностью управляемых ключах с принудительной коммутацией) . Входные зажимы преобразователя подсоединены к фазам А, В, С сети с несинусоидальным напряжением и, и частотой СО, , а выходные - к реактору 2.Устройство для управления преобразователем 1 состоит из измерителя 3, выделяющего из несинусоидального напряжения сети трехфазную систему фазных напряжений ) -и гармоники, нуль-органов 4, выходы которых соединены с входом пересчетного блока 5. Два выхода блока 5 через коммутатор 6 подаются на фазо- сдвигающие блоки 7, а третий соединяется с одним из них непосредственно. Импульсы управления с выходов блоков 7 через усилитель 8 мощности подаются на управляемые ключи преобразователя 1. Кроме того, в устройство входит выпрямитель 9, на вход которого поступает т-фазная система напряжений ) -и гармоники, а также фильтр 10 прямой последовательности -и гармоники, выходной сиг нал которого используется для изме- нения порядка чередования импульсов управления вентилями с помощью электромеханического или бесконтактного коммутатора 6.

Устройство работает следующим образом.

При появлении в сети напряжения и 5 -и гармоники на выходе измерителя 3 появляется трехфазная система напряжений этой гармоники, которая в общем случае может иметь порядок чередования фаз: либо обратный: . В общем случае векторы неосновной гармоники сдвинуты на угол V 0-360 относительно векторов основной.

Далее трехфазная система напряжений (фиг.2) поступает на вход нуль-органов 4, формирующих короткие (тактовые) импульсы в моменты перехода напряжений сети через нулевое значение, которые поступают затем на вход блока 5. На выходе блока 5 появляется три последовательности импульсов длительностью 120 и частотой 5 сз , сдвинутых между со бой на 120 (фиг.З).

Если такие импульсы, синхронизированные с моментом перехода напряжения А через нулевое значение, подавать, минуя блоки 7, через усилитель 8 на входы силовых ключей, то к реактору 2 будет прикладываться напряжение пилообразной формы (фиг.2) , не содержащее постоянной составляющей (поскольку площади, ограничен- IQ ные положительными и отрицательными частками кривой Uj(t) равны друг другу). Ток в реакторе при этом не протекает (фиго4), поскольку в напряжении реактора U отсутствует посто- 5 янная составляющая, а для переменной составляющей тока индуктивное сопротивление реактора бесконечно большое (так как L оо ).

Если порядок чередования напряже- jn НИИ -5 -гармоники в сети (а, следовательно, и на выходе измерителя 3) изменится на обратный, на выходе фильтра 10 появляется сигнал, воздейст- вующий на коммутатор 6 импульсов, пе- 25 реключающий две (из трех) последовательности импульсов управления,формируемых блоком 5. Таким образом, не зависимо от порядков чередований фаз . основной и неосновной гармоник в сети, на ключи преобразователя 1 всегда поступают импульсы управления, порядок чередования которых совпадает с порядком чередования фаз

-й гармоники.Без этого условия нельзя осуществить процесс выпрямления -й гармоники.

Если сигналом, пропорциона льным уровню напряжения - -и гармоники, полученным на выходе выпрямителя 9, 40 с помощью фазосдвигающих устройств 7 одновременно сместить импульсы управления на угол 9 (например, в сторону отставания, фиг.6), то в кривой напряжения реактора Uj . 45 появляется постоянная составляющая (фиг.5), а в реакторе начинает протекать вьтрямленньй ток значительной величины (фиг.7), ограничиваемый лишь активными сопротивлениями проводов, 50 вентилей, контактов, обмотки реактора и т.п. Поскольку сумма этих сопротивлений очень мала и составляет доли ома, то даже незначительное увеличение угла 0 (от нуля до нескольких 55 градусов) будет вызывать резкое изменение тока в реакторе (от нуля до его номинального тока). Кривая сетевого тока для рассматриваемого варианта

30

Q 5

n

5 .

0 5 0 5

0

силовой схемы с преобразователя 1 (фнг.8) имеет вид прямоугольника частотой -JtO, и длительностью 120° (подобно сетевому току выпрямителя, собранного по трехфазной нулевой схеме и подключенного к сети частотой И, ) .

Амплитуда сетевого тока (1;)д, , фиг.8) плавно регулируется (вручную или автоматически) путем изменения фазы Q импульсов управления. При этом за счет проте- канид, данного тока возникает падение напряжения на элементах сети (обмотках генераторов и трансформаторов, линиях, реакторах и т.д.), благодаря чему уровень v -и гармоники в данной точке сети может быть существенно снижен (практически до нескольких вольт). Регулировочная характеристика 1, F i (6) (фиг.9) представляет собой отрезок синусоиды и при малых угла 0 будет линейной.

Если несинусоидальность напряжения возникает от нелинейной нагрузки, подключенной к тем же шинам,что и преобразователь, то ток 1 -и гар-. МОНИКИ этой нагрузки будет почти весь замыкаться на преобразователь и только незначительная его часть, создающая напряжение . на шинах, распространяется по элементам се-, ти. Отношение между токами -и гармоники, ответвляющимися в сеть и преобразователь, равно отношению их эквивалентных проводимостей.

В случае однофазной сети устройство управления упрощается, так как из нее исключаются фильтр 10 и коммутатор 6. Сетевой ток однофазного преобразователя, имеет вид прямоугольников длительностью 180° и частотой со, . Однофазные устройства могут быть использованы и в многофазных сетях (по одному на каждую фазу сети), однако установленная мощность ключей и реакторов при таком пофаз- ном включении будет выше, чем в мно- гофазньк устройствах, где можно ис- ;Пользовать один общий преобразователь и реактор на все фазы .

Независимо от причин появления -и гармоники в напряжении одно- или многофазной сети, ПЧ представляет для источника напряжения 1/ на- грг зку с очень малым, не зависящим от частоты, активным сопротивлени5

ем в виде управляемого выпрямителя, короткозамкнутого на реактор.

Применение предлагаемого способа управления позволяет по сравнению с известным улучшить качество электрической энергии в сети путем создания вентильньгх фильтров, эффективность работы которых благодаря частотному преобразованию фильтруемой гармоники не зависит от колебаний частоты в сети, а также изменения параметров реактивных элементов .Вентильные фильтры могут быть легко перестроены (по цепи управления) на фильтрацию любой гармоники в напряжении сети, начиная от субгармоиик, где обычные ЬС-фш1ьтры вообще неработоспособны, вплоть до очень высоких. Перестраиваемые фильтры в первую очередь не- бЙходимы. для обеспечения качества электрической энергии в сетях с мощными нелинейными нагрузками, работающих в переходных режимах (управляемые вьтрямители прокатных станов, тиристорные регуляторы напряжения с фазовым управлением, дуговые пе- чи и т.п.), вследствие чего уровни гармоник тока на их зажимах непрерывно изменяются. Предлагаемый способ позволяет настраиваться на ту гармонику спектра, уровень кото;рой в данный момент времени максиIмален.

980516

Кроме того, способ обеспечивает возможность плавного регулирования коэффициента ослабления фильтруемой g гармоники и этот коэффициент всегда можно поддерживать на заданном уровне.

Формула изобретения Способ управления т-фазным преоб10 разователем частоты с непосредственной связью, нагруженным реактором, заключающийся в том, что формируют импульсы управления вентилями преобразователя, длительность которых рав15 на длительности проводящего состояния вентилей соответствующей фазы, с частотой $2 , отличной.от частоты сети $7,, отличающийся тем, что, с целью улучшения гармоническо20 го состава сети, вьщеляют из напря- . жений сети га-фазную систему напряжений неосновной гармоники частотой ,, где -V - кратность гармоники в каждой фазе, фиксируют моменты пе25 рехода через ноль напряжения -и гармоники, в указанные моменты формиру- ют импульсы длительностью 21Г/т частотой S7 , , измеряют напряжение )-й гармоники и используют его для

20 регулирования фазы сформированных импульсов, после чего используют эти импульсы в качестве указанных импульсов управления вентилями преобразователя .

t

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в статических преобразователях. Цель изобретения - улучшение гармонического состава напряжения сети. Из напряжений сети вьщеляют т-фазную систему напряжений неосновной гармоники, фиксируют моменты перехода напряжений через ноль. В указанные момен- .ты формируют импульсы, регулируют их фазу и используют их для управления вентилями. 9 ил.

Фиг,

-а

JL:.J.

Фиг. 5

Фиг.В

Фие.7

1

%

I

2Х

0.8

ОА

J20

м1

Va/jf

Уй//

u4t

Ijf.epoff

30

60

90

Фиг.З