Анализ высших гармоник частотного преобразователя
ВВЕДЕНИЕ
Широкое применение преобразователей частоты (ПЧ) в технике электроприводов позволяет существенно улучшить их технические и экономические характеристики. Благодаря ПЧ рассчитывается большое количество задач по регулированию скорости электрических двигателей на переменном токе, в том числе, определяются любые характеристики электроприводов, увеличивается их КПД и, следовательно, значительно увеличивается их эффективность.Тем не менее, преобразователи частоты - существенно нелинейные устройства, которые генерируют широкие спектры гармоник токов и гармоник напряжений в системы электроснабжения. А также в двигатели, питающиеся от них. Таким образом, образуется ряд проблем, которые связаны с влиянием высших гармоник на электродвигатели, а также на общее оборудование энергосистем. Как правило, электродвигатели всегда проектируются в целях их работы от источников питания. Качество электроэнергии электродвигателей должно соответствовать требованиям ГОСТов. Одним в числе главных показателей качества представляет собой коэффициент искажения синусоидальности напряжения KU. Получается, что чем выше его значение коэффициента искажения синусоидальности, тем выше как постоянные, так и переменные потери в электродвигателя. Высшие гармоники в питающем напряжении вызывают дополнительный нагрев электродвигателей из-за увеличения потерь от вихревых токов и потерь на гистерезис, а это, как мы знаем, непосредственно, влияет на форсированное старение изоляции. А это, в свою очередь, чревато выходом из строя электромашины раньше срока.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНАЯ МОУЛЯЦИЯ.. 7
1.1 ШИМ-модуляция посредством трехфазного ШИМ-инвертора. 9
1.2. Принцип векторной ШИМ... 10
1.3.Реализация расчетов в Matlab. 15
1.4.Синусоидальная ШИМ... 19
2. ТРАДИЦИОННАЯ СИНУСОИДАЛЬНАЯ МОДУЛЯЦИЯ.. 21
2.1 Анализ гармонического состава и действующего значения выходного напряжения частотного преобразователя с традиционной синусоидальной модуляцией. 22
3. Изучение влияния частоты широтно-импульсной модуляции на гармонический состав выходного напряжения частотного преобразователя. 42
4.Изучение влияния параметра "мертвое" время на гармонический состав выходного напряжения частотного преобразователя. 45
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 55
Приложение1. 57
Библиографический список. 61
Список литературы
Булгаков, А.А. Частотное управление асинхронными Булгаков, А. А. Частотное управление асинхронными двигателями / А.А. Булгаков. – М.: Наука, 1966. – 297 с.
Виноградов А.Б. Бездатчиковый асинхронный электропривод с адаптивно-векторной системой управления / А.Б. Виноградов, И.Ю. Колодин // Электричество. – 2007. – № 2. – С. 44 – 50.
Доманов В.И. Синтез и моделирование автономных электромеханических систем / В.И. Доманов, Н.В. Мишин, А.В. Доманов // Электроника и электрооборудование транспорта, № 1, 2014. – С. 35 – 39.
Калачев Ю.Н. Векторное регулирование (заметки практика) / Ю.Н. Калачев. – М.: ЭФО, 2013. – 63 с.
Калачев Ю.Н. Наблюдатели состояния в векторном электроприводе / Ю.Н. Калачев. – М.: ЭФО, 2015. – 80 с.
Мещеряков В.Н. Инверторы и преобразователя частоты для систем электропривода переменного тока / В.Н. Мещеряков. – Липецк: ЛГТУ, 2014. – 89 с.
Поздеев А.Д. Электромагнитные и электромеханические процессы в частотно-регулируемых асинхронных электроприводах / А.Д. Поздеев. – Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 1998. – 172 с.
F. Blaschke. The principle of field-orientation as applied to the transvector closed loop control system for rotating-field machines: Siemens Rev., vol. 34, no. 1, pp. 217–220, 1972.
Лисин С.Л. Структурно-параметрический синтез быстродействующего следящего электропривода с синхронным исполнительным двигателем: дис. … канд. техн. наук / С.Л. Лисин. – Самара: СамГТУ, 2016. – 179 с.
Патент России № 2489798. Следящий электропривод / А. В. Стариков (Россия) // Опубл. 10.08.2013, Бюл. № 22.
Патент России № 2499351. Следящий электропривод / А.В. Стариков, С.Л. Лисин (Россия). // Опубл. 20.11.2013, Бюл. № 32.
Патент России № 2605948. Следящий электропривод / А.В. Стариков, С.Л. Лисин (Россия) // Опубл. 10.01.2017, Бюл. № 1.
Патент России № 2580823. Следящий электропривод с асинхронным исполнительным двигателем / А.В. Стариков, Д.Н. Джабасова (Россия) // Опубл. 10.04.2016, Бюл. № 34.
Традиционная синусоидальная модуляция (ТСМ) - это метод управления частотно-регулируемым преобразователем, который позволяет получать синусоидальный выходной сигнал с минимальными искажениями формы и частоты. ТСМ используется для управления мощностью трехфазных асинхронных и синхронных двигателей, а также для других приложений, требующих формирования синусоидального сигнала. Традиционная синусоидальная модуляция работает на основе изменения ширины импульсов и фазы определенного сигнала-носителя, который имеет высокую частоту и фиксированную амплитуду. Путем сравнения сигнала-носителя с синусоидальным опорным сигналом формируется импульсно-широтно-модулированный сигнал (ИШМ), который затем поступает на усилитель мощности. Принцип ТСМ заключается в использовании широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для формирования точного синусоидального сигнала в выходной цепи. Методика управления повышает качество управления, делая сигнал более точным и малоискаженным, что приводит к повышению эффективности работы системы и сокращению потребления электроэнергии.
В целях реализации преобразователей частоты, являющихся более эффективными, в аспекте гармонического состава напряжения и выходного КПД, нужно выполнить анализ традиционного процесса синусоидальной широтно-импульсной модуляции, безусловно, с последующим определением недостатков данного процесса. В большинстве случаев, необходимое напряжение на статорных обмотках асинхронного двигателя, который подключен к частотному преобразователю, производится благодаря подключению всех трех фаз то к плюсу, то к минусу источника постоянного напряжения, причем, на каждом периоде ШИМ.