Способ управления преобразователем напряжения

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах управления преобразователями напряжения с полностью управляемыми вентилями, применяемых в передачах и вставках постоянного тока или высоковольтных приводах. Техническим результатом является уменьшение токов нулевой последовательности и потерь в оборудовании схем преобразователя напряжения. В способе широтно-импульсного управления (ШИМ) преобразователем напряжения в системе управления организуют специальный сдвиг сигналов несущей частоты ШИМ в трех фазах друг относительно друга для достижения того, чтобы составляющие частоты ШИМ в фазных напряжениях образовывали уравновешенную систему и не создавали токов нулевой последовательности. 4 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах управления преобразователями напряжения с полностью управляемыми вентилями, применяемых в передачах и вставках постоянного тока или высоковольтных приводах.

В таких преобразователях (см. схему фиг.1) для формирования синусоидальных токов и напряжений на стороне переменного тока применяют широтно-импульсное модулирование (ШИМ) импульсов управления вентилями.

Известно довольно много способов ШИМ управления (например, [1, 2]), однако часто применяется способ, при котором синусоидальный модулирующий сигнал основной частоты накладывается на треугольный сигнал несущей частоты ШИМ [3, 4].

В известном способе ШИМ управления преобразователем напряжения [3], принятом нами за прототип, импульсы управления вентилями формируются на основе треугольного несущего сигнала (см. фиг.2), который пересекается фазными синусоидальными модулирующими сигналами основной частоты (ω) с переменной амплитудой.

Закон модуляции для трех фаз выглядит следующим образом:

фаза А:

фаза В:

фаза С:

где Δt₁ - время включенного состояния тиристора анодной группы;

Δt₂ - время включенного состояния тиристора катодной группы;

τ - период несущей частоты ШИМ;

μ - коэффициент глубины модуляции (отношение амплитуды гармоники основной частоты к постоянному напряжению U_d).

Способ управления импульсами включения и отключения вентилей, принятый в прототипе, имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что в фазах преобразователя напряжения формируются составляющие частоты ШИМ и кратной ей, образующие токи нулевой последовательности. Поскольку в напряжении фаз преобразователя составляющая частоты ШИМ может достигать 70-80% от основной, токи нулевой последовательности, замыкающиеся через фазные реакторы (L_p), фильтровые звенья (С_ф, L_ф, R_ф), устройство заземления (З) и конденсаторные батареи (С_d) (см. фиг.1) достигают значительных величин и вызывают значительные дополнительные нагрузки и потери.

На фиг.3 приведены осциллограммы и спектрограммы фазного тока преобразователя и тока нейтрали фильтров в схеме фиг.1. Из осциллограмм и спектрограмм видно, что основная составляющая в токе нейтрали частоты ШИМ достигает 50% от I₁ первой гармоники тока фазы преобразователя.

Цель предлагаемого способа - уменьшить токи нулевой последовательности и потери в оборудовании схемы преобразователя напряжения.

Сущность предложенного способа управления преобразователем напряжения заключается в организации в системе управления специального сдвига сигналов несущей частоты ШИМ в трех фазах друг относительно друга для достижения того, чтобы составляющие частоты ШИМ в фазных напряжениях образовывали уравновешенную систему и не создавали токов нулевой последовательности.

Поставленная цель достигается тем, что смещение по времени прохождения нулей фазными управляющими сигналами несущей частоты ШИМ рассчитываются по формуле

где составляющие частоты ШИМ в фазных напряжениях;

f_ШИМ - частота несущего сигнала ШИМ;

f_осн. - основная частота 50 Гц.

Такое смещение, например, для частоты f=2 кГц составит всего или около 3 град. основной частоты, поэтому пофазная несимметрия управления практически не повлияет на энергетические характеристики преобразователей.

На цифровой модели преобразователя напряжения получены осциллограммы и спектрограммы фазного тока и тока нейтрали (приведенные на фиг.4), показывающие эффективность предлагаемого способа управления. Из спектрограммы тока нейтрали (фиг.4) видно, что в сравнении с преобразователем с обычной системой управления сдвиг управляющих сигналов уменьшает наиболее выраженную составляющую тока нейтрали в 2 с лишним раза. Таким образом, значительно уменьшаются воздействия на оборудование нейтрали и устройства заземления и почти в 4 раза потери.

Использованные источники информации

1. Марков В.В., Слярзевская К.П. Индексная табличная ШИМ в автономном инверторе напряжения.

2. Рывкин С.Е., Изосимов Д.Б. Широтно-импульсная модуляция напряжения трехфазных автономных инверторов. Электричество, №6, 1997.

3. Сандлер А.С., Гусяцкий Ю.М. Тиристорные инверторы с широтно-импульсной модуляцией для управления асинхронными двигателями. - М.: Энергия, 1968 г.

4. Boeer R., Gaupp O.J., Dahler P., Barlocher E., Werninger J., Zamini P. Bremen’s 100 MW static frequency link. ABB Review, №9/10, 1996.

Формула изобретения

Способ широтно-импульсного (ШИМ) управления преобразователем напряжения с полностью управляемыми вентилями, при котором импульсы включения и отключения вентилей формируются в каждой фазе преобразователя в моменты пересечения модулирующей синусоиды основной частоты с треугольным сигналом несущей частоты ШИМ, отличающийся тем, что производят смещение треугольных сигналов несущей частоты в каждой фазе преобразователя относительно предыдущей фазы на время, определяемое по формуле

где составляющие частоты ШИМ в фазных напряжениях;

f_ШИМ - частота несущего сигнала ШИМ;

f_осн - основная частота 50 Гц.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4