Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 621.313

Кременчугский государственный политехнический университет

ВХОДНОЙ ФИЛЬТР ИНВЕРТОРА С ШИМ НАПРЯЖЕНИЯ, ФОРМИРУЮЩИЙ СИНУСОИДАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ НА НАГРУЗКЕ

Полищук П.И.

Последние 5-10 лет стали началом этапа массового внедрения в практику отечественных электроприводов переменного тока, инверторов тока и напряжения на IGBT-приборах в силу ряда присущих им преимуществ перед другими видами преобразовательных устройств. Вместе с тем, новые образцы устройств не лишены недостатков, свойственных в той или иной степени аналогам, конструируемых на иной элементной базе.

Актуальность исследований. IGB-транзисторный инвертор формирует синусоиды фазных токов асинхронного электродвигателя (М) посредством ШИМ питающего постоянного напряжения . При этом качество электроэнергии, подводимой к двигателю, как правило, не соответствует стандартам 1-3, согласно которым должно быть:

- коэффициент несинусоидальности кривой напряжения:

;

- коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения:

,

где - действующее значение основной гармонической составляющей (первой гармоники) кривой переменного напряжения при разложении ее в ряд Фурье; - действующее значение -той гармонической составляющей кривой переменного напряжения.

Коэффициент -той гармонической:

В рассматриваемом случае , где - частота ШИМ; - частота первой гармоники.

Требуемое качество электроэнергии призван обеспечить фильтр, ограничивающий прохождение гармоник порядка . Пренебрегая высшими гармониками , имеем:

,

т.е., чтобы обеспечить требуемое качество напряжения, необходимо выдержать соотношение (4).

К сожалению, в доступной автору технической литературе по исследуемой теме, единого, концептуально выведенного и завершенного подхода к получению ответа по данному вопросу нет. Поэтому решение научной задачи по совершенствованию теории создания выходных фильтров инверторов с ШИМ-напряжения следует считать задачей актуальной.

Рисунок 1 - Принципиальная схема силовых цепей электропривода переменного тока

Материал и результаты исследований. Исследованию подвергнуты электрические процессы, протекающие в ШИМ-инверторе (рис.1). Анализ модулированного напряжения на выходе инвертора согласно формуле (1) дает коэффициент несинусоидальности кривой для него равный 1/3, только за счет гармонической составляющей на частоте модуляции 1.

В соответствии с требованиями к качеству электроэнергии должен быть 2. электропривод ток синусоидальность напряжение

Таким образом, передаточная функция фильтра на частоте модуляции должна обеспечивать:

,

где - основные гармоники модуляционной составляющей в выходных напряжениях соответственно фильтра и инвертора. Обеспечить условие (5) призвана Г-образная схема фильтра (рис.1) дополненная цепочкой 3. В представленной схеме конденсаторы соединены в звезду, адекватное соединение - в треугольник.

Расчетная схема в однофазном исполнении приведена на рис. 2, в упрощенном виде - опущен демпфирующий резистор.

Представляя составной Г-образный фильтр четырехполюсником, имеем:

,

где ; ; ; ; ; ; ; ; ; .

Рисунок 2 - Расчетная схема синусоидального фильтра

Входное характеристическое сопротивление фильтра:

при сопротивлении нагрузки .

На высоких частотах, например, на частоте модуляции , формула (7) вырождается в

,

поскольку превалирует над остальными.

Принятые обозначения:

; ; ; .

При настройке частоты собственных колебаний дополнительной цепочки на частоту модуляции будет:

, .

Передаточная функция составного Г-образного фильтра при принятых допущениях находится из (6):

.

На частоте модуляции , что идеально обеспечивает выполнение условия (1). Итак, принимаем параметры дополнительной цепочки из условия:

Параметры принимаем из условия ограничения индустриальных радиопомех, для чего полагаем частоту среза контура, равной минимальной частоте индустриальных радиопомех кГц регламентируемой стандартом 4, тогда:

Принимая во внимание, что с увеличением емкости увеличивается ток в системе, а с увеличением индуктивности снижается напряжение, подводимое к двигателю, приходим к выводу о равенстве мощностей дросселя и конденсатора, т.е. должно быть:

.

Привязывая выбор величин к мощности однофазной нагрузки и решая совместно (12) и (13), находим:

; .

При фазном напряжении В:

; .

Для оценки эффективности составного фильтра сравним параметры при с параметрами простого Т-образного фильтра , который смог бы обеспечить выполнение условия (5).

В составном фильтре, исходя из (11) , что составляет четвертую часть, исходя от согласно (12).

В простом Г-образном фильтре, исходя из его передаточной функции , должно быть , откуда или , что более, чем в составном фильтре. Причем, если учесть, что проводит полный ток двигателя, а только модуляционный, то преимущество составного фильтра очевидно.

Выводы

1. Фильтр, составленный из простого Г-образного и цепочки , настроенный на частоту модуляции, обеспечивает формирование синусоидального напряжения наилучшим образом.

2. Параметры не зависят от нагрузки.

3. Поскольку практически обеспечить идеальное соответствие с расчетным невозможно, в системе управления преобразователем должна быть предусмотрена подрегулировка для обеспечения резонанса в цепочке .

Литература

1. Полищук П.И. К проблеме анализа выходного ШИМ напряжения IGBT-инвертора // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск. Силова електроніка та енергоефективність. К.: 2006. - с.

2. ГОСТ 13109-87. Электроэнергия. Требования к качеству электроэнергии в электрических сетях общего назначения. М.: Госстандарт, 1988. - 81с.

3. Малышков Г.М. Многоэлементные фильтры инверторов. Электронная техника в автоматике // Сб. статей под ред. Ю.И. Конева. Вып.13. М.: Радио и связь. - 1982.

4. ГОСТ 16842-82 (СТ // СЭВ 784-77). Радиопомехи индустриальные. Методы испытаний источников индустриальных радиопомех. - М.: Госстандарт, 1983. - 27с.

Размещено на Allbest.ru