Использование векторной ШИМ в активном выпрямителе тока

 

Автор: Ю.С. Деревянко, А.А. Шавёлкин

 

Описание: В данной работе исследованы возможности использования векторной ШИМ для снижения количества переключений ключей. Рассмотрен принцип формирования пространственного вектора входного тока и обеспечения его качества. Представлены осциллограммы токов АВТ и напряжений сети.

 

Источник: Вестник кафедры "Электротехника" по итогам научной деятельности студентов. - Донецк, ДонНТУ, 2013.

 

 

Использование в преобразователе частоты (ПЧ) с автономным инвертором тока  (АИТ) активного выпрямителя тока (АВТ) решает вопрос формирования синусоидального входного тока ПЧ при двустороннем обмене энергией с сетью. Принципы реализации АВТ существенно отличаются от активного выпрямителя напряжения (АВН) и практически не освещены в литературе. Некоторые моменты по использованию в АВТ ШИМ рассмотрены в [1,2].

Цель работы. Исследовать возможности векторной ШИМ для снижения количества переключений ключей АВТ и обеспечения качества входного тока.

 

 

АВТ представляет собой трехфазный мостовой выпрямитель (ТМВ) на полностью управляемых ключах с односторонней проводимостью (запираемые по цепи управления тиристоры на рис.1) и подключается к сети переменного тока через LC - фильтр (L_ВХ, C_ВХ). Дроссель в цепи нагрузки L_d задает режим работы источника тока.

Работает АВТ в режиме регулируемого источника постоянного тока с активным формированием тока, потребляемого от источника переменного напряжения. Он обеспечивает регулирование выходного напряжения ниже значения напряжения для неуправляемого ТМВ и функционирует при неизменном направлении выпрямленного тока, но допускает изменение полярности и регулирование выпрямленной ЭДС.

Работа АВТ имеет особенности. Для протекания тока в двух входных фазах в схеме АВТ открыты по одному ключу в двух плечах, в отключенном состоянии (входной ток равен нулю) – отпираются два ключа в одном плече для замыкания тока в цепи нагрузки с индуктивностью. Возможные состояния схемы АВТ представлены в табл.1, где отображены фазы сети, которые соединены с выводами p и n (рис.1), выпрямленное напряжение и_B, токи в фазах сети и угол сдвига пространственного вектора тока. При этом получаем 6 ненулевых векторов и три нулевых, когда выпрямитель от сети отключен и замкнуты оба ключа в одном из плеч схемы. Положения пространственного вектора тока представлены на рис.2,а. При этом нумерация положений вектора соответствует табл.1. Рассмотрим случай, когда cosφ=1 и пространственные вектора напряжения и тока сети совпадают по фазе. Разделим период на шесть интервалов соответственно моментам изменения полярности фазного напряжения сети. При этом интервалы соответствуют максимумам фазного напряжения сети и определяют положение пространственного вектора напряжения и тока в секторе 60º.

 

Для определения относительных (к периоду модуляции Т, соответствующему времени нахождения вектора в определенном положении) продолжительностей нахождения схемы в состояниях, которые обеспечивают формирование синтезируемого вращающегося пространственного вектора I (с траекторией, которая приближается к окружности) для сектора в 60º (рис.2,б) можно использовать соотношения:

 

δ₁=μsin(60 - θ); δ₂=μsinθ;  δ₀=1 - δ₁ - δ₂,

 

где θ – угол поворота синтезируемого вектора, δ₁, δ₂, δ₀ – относительная продолжительность (к Т) нахождения схемы в состояниях, соответствующих ненулевым векторам I₁ и I₂ и нулевому, когда АВТ отключен от сети, интервал Т соответствует 1, μ=(0 - 1) – коэффициент модуляции по амплитуде (определяется как μ=I_d/I_dMAX).

Осциллограммы токов i_d, i_ФА, i_ФА и напряжения фазы сети u_A приведены на рис.3.

Перечень ссылок

 

1.Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты/ Р.Т. Шрейнер// – Екатеринбург: УРО РАН.- 2000. – 654с.

 

2. Шавёлкин А.А. Преобразователь частоты на базе автономного  инвертора тока/А.А. Шавёлкин// Техн. електродинаміка».– Київ: ІЕД НАНУ.- 2012. –Ч. 4.- С.75-80.