Пристрій електроживлення трифазних споживачів в автономних системах з компенсацією впливу несиметрії мережі на навантаження

Пристрій електроживлення трифазних споживачів в автономних системах з компенсацією впливу несиметрм мережі на навантаження, що містить інвертор, ВХІДНІ виводи якого підключені до джерела постійної напруги, керуючі виводи приєднані до системи керування з широтноімпульсною модуляцією (ШІМ), до трьох вихідних навантаження а, Ь, с, який відрізняється тим, що він додатково містить четверту, п'яту, шосту індуктивності, включені між фазами мережі та фазами навантаження, а також послідовно з'єднані трифазний випрямляч, аналого-цифровий перетворювач (АЦП), блок обчислення корекції глибин модуляції, причому першими виводами четверта, п'ята, шоста індуктивності підключені до ВІДПОВІДНИХ фаз мережі живлення, а другими виводами підключені до ВІДПОВІДНИХ фаз навантаження і водночас до вхідних виводів трифазного випрямляча, ВИХІДНІ виводи блока обчислення корекції глибин модуляції приєднані до ВІДПОВІДНИХ виводів системи керування з ШІМ Винахід відноситься до області електротехніки і може бути застосований до електроживлення трифазних споживачів в автономних системах Відомий пристрій електроживлення з компенсацією впливу несиметрм мережі на навантаження [1], який містить регульоване джерело постійної напруги, силовий статичний перетворювач, навантаження, елементи схеми контура симетрування три узгоджуючих трансформатори (для трьох ЛІНІЙНИХ напруг), три однофазних випрямляча, три фільтри, три дільника напруги, три підсилювача зворотного зв'язку, виконавчі елементи контуру симетрування, датчики струму і елементи контуру стабілізації три узгоджуючих трансформатори, три однофазних випрямляча, три фільтри і підсилювач зворотного зв'язку У випадку несиметрм струмів навантаження з'являється розбаланс вихідних напруг перетворювача, що викликає пропорційну зміну струмів виконавчих елементів контуру симетрування, завдяки чому несиметрія вихідних напруг усувається Напруга на виході підсилювача зворотного зв'язку контуру стабілізації, яка пропорційна сумі струмів виконавчих елементів контуру симетрування, порівнюється з опорною напругою і помилка розузгодження відпрацьовується регу льованм джерелом постійної напруги, підтримуючи незмінним сумарний струм виконавчих елементів контуру симетрування До недоліків даного пристрою відноситься велика КІЛЬКІСТЬ елементів, які застосовуються для симетрування і стабілізації, зокрема моточних елементів (6 трансформаторів), що збільшує масо-габаритні показники і вартість пристрою, а також наявність регульованого джерела постійної напруги, що значно звужує області застосування даного пристрою В якості прототипу прийнято судову енергосистему з асинхронним вал о генератором [2], яка містить послідовно з'єднані валогенератор, перший інвертор, ланку постійного струму з фільтруючим конденсатором, другий інвертор, три індуктивності, які підключені другими виводами до ВІДПОВІДНИХ фаз мережі живлення А,В,С і фаз навантаження а,Ь,с, і систем керування першим та другим інверторами В режимі вільного ходу в морі швидкість обертання вала практично постійна, і вся споживана енергія поступає в навантаження вал о генератора через перетворювач на базі двох інверторів із ланкою постійного струму В маневрових режимах, при значних змінах швидкості обертання вала, енергія в навантаження поступає ВІДПОВІДНИХ фаз мережі живлення А, В, С, і до фаз о ю 50192 від вал о генератора і від мережі В режимі причалювання, при зниженні швидкості обертання вала до нуля, вся споживана енергія поступає в навантаження від мережі Даний пристрій забезпечує підтримання напруги на навантаженні з заданою амплітудою Недоліком прототипу є неможливість усунення впливу асиметрії мережі на трифазне навантаження В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення пристрою електроживлення трифазних споживачів в автономних системах з компенсацією впливу несиметрм мережі живлення на навантаження шляхом додаткового введення каналу корекції коефіцієнту глибини модуляції вольтододавчого пристрою з широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ) в залежності від несимертм мережі, що забезпечує підвищення точності і швидкодії компенсації впливу несиметрм мережі на навантаження Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої електроживлення трифазних споживачів в автономних системах з компенсацією впливу несиметрм мережі на навантаження, що складається з інвертора, ВХІДНІ виводи якого підключені до джерела постійної напруги, керуючі виводи приєднані до системи керування з ШІМ, до трьох вихідних виводів інвертора приєднані перша, друга, третя індуктивності, які підключені другими виводами до ВІДПОВІДНИХ фаз мережі живлення А,В,С, і до фаз навантаження а,Ь,с, згідно з винаходом, новим є те, що він додатково містить індуктивності четверту, п'яту, шосту, включені між фазами мережі та фазами навантаження, а також послідовно з'єднані трифазний випрямляч, аналого-цифровий перетворювач (АЦП), блок обчислення корекції глибин модуляції, причому першими виводами четверта, п'ята, шоста індуктивності підключені до ВІДПОВІДНИХ фаз мережі живлення, а другими виводами підключені до ВІДПОВІДНИХ фаз навантаження і водночас до вхідних виводів трифазного випрямляча, ВИХІДНІ виводи блоку обчислення корекції глибин модуляції приєднані до ВІДПОВІДНИХ виводів системи керування з ШІМ Сутність пристрою пояснюється кресленням, де зображено схему функціональну пристрою електроживлення трифазних споживачів в автономних системах з компенсацією впливу несиметрм мережі на навантаження Пристрій містить першу, другу, третю, четверту, п'яту, шосту індуктивності 1-6, інвертор 7, випрямляч 8, аналого-цифровий перетворювач (АЦП) 9, блок обчислення корекції глибини модуляції (БОКГМ) 10, систему керування з ШІМ 11, трифазне навантаження 12 Пристрій працює наступним чином Трифазна напруга мережі поступає на навантаження 12 через індуктивності 4-6 Вплив несиметрм мережі на навантаження компенсується за допомогою вольтододавчого інвертора 7, який підключений до джерела постійної напруги Ud По відношенню до навантаження інвертор включений паралельно з мережею живлення Напруга мережі через індуктивності 4-6 поступає на трифазний випрямляч 8 Пульсуюча напруга з виходу випрямляча подається на АЦП 9, звідки в оцифрованому вигляді поступає на БОКГМ 10 В БОКГМ обчислюються зна чення коефіцієнтів глибини модуляції ШІМ інвертора, які забезпечують компенсацію впливу несиметрм трифазної мережі на навантаження Несиметрію системи трифазних напруг прийнято характеризувати коефіцієнтами неврівноваженості і несиметрм, які визначаються як відношення комплексних амплітуд нульової і зворотної послідовностей до амплітуди прямої ПОСЛІДОВНОСТІ ВІДПОВІДНО при розкладенні системи трифазних напруг методом симетричних складових ;= _МО0% Коефіцієнти несиметрм можуть бути визначені за допомогою вимірених амплітудних значень ЛІНІЙНИХ напруг UAB, UBC, UCA А = scosiij/ = (1) Тоді модуль коефіцієнту несиметрм визначається з виразу а зсув фаз між зворотною та прямою послідовностями в Дір = arctg—. А В комплексній формі запису коефіцієнт несиметрм може бути представлений як е = є е*\ Визначення параметрів А і В за формулами (1), (2) вимогає вимірення значень лінійних напруг, знаходження максимума функцій і проведення ВІДПОВІДНИХ обчислень 1 Це ускладнює процес керування в реальному масштабі часу Можливе обчислення параметрів несиметрм за допомогою СКІ-перетворення При цьому розглядаються СКІ-спектри вихідної напруги трифазного випрямляча на N=3n інтервалів Внаслідок лінійності СКІ-перетворення спектр випрямленої напруги в несиметричній мережі можна обчислити додаванням трьох спектрів ІІдв, UBC, UCA (3) (T-1) Y +0.3661^ -1 366UCJ, (4) (5) Параметри несиметрм (1), (2) можуть бути визначені через складові СКІ-спектру наступним чином ) + Y(2• З " ' Y(0) В - Esin Д\|/ = 1 ) (6) Y(3n"'•)-У(2 З" 4 ) (7) Y(0) n 1 п1 Три складові спектру Y(0), Y(3 ), Y(2 З ) обчислюються за наступними формулами 50192 несиметрм (1), (2), представимо вирази для напруг фаз (14) у вигляді UA=U,(1 + A), З" •-] У-І 23' '-І (15) з" '-і г-з'-'-і з°-і де а-і=О 366, 32=-1 366 Позначивши з"" 1 -! г'з"-і Параметри несиметрм А і В визначаються з виразів (11), (12) Тоді коефіцієнти глибини модуляції фаз визначаються виразами З"-І і підставивши (9) в (8), отримаємо формули n 1 п1 для обчислення Y(0), Y(3 ), Y(2 З ) ц д =Мо(І-А); (16) (Ю) де цо - коефіцієнт глибини модуляції напруги з ШІМ за синусоїдальним законом в симетричній системі Підставивши параметри А і В в (16), отримаємо значення коефіцієнтів глибини модуляції, які забезпечують компенсацію несиметрм трифазної напруги на навантаженні Підставивши (10) в (6), (7), отримаємо А= ОС — С -Р (11) C,-fC2+C3 VJ (с,-с,) (12) с,+с3+с3 Визначимо умови компенсації впливу несиметрм мережі на роботу трифазних навантажень Амплітуди напруг фаз в несиметричній системі можуть бути визначені через коефіцієнти несиметрм як UB = Uj ,j\ + є3 2 Э Х / 3 ) ; (13) U c = U[,/l + E2 +2ЕСОЗ(ЛІ[) + 2 Я / 3 ) Через малість є, залишимо вирази (13) як (14) Користуючись введеними раніше параметрами (7) Значення коефіцієнтів м-д.м-в.М-с поступають на систему керування з ШІМ 11, яка формує сигнали керування силовими ключами інвертора 7 Джерела інформації 1 Авторское свидетельство СССР №729748 , кл Н 02 J 3/26 ,1992 2 С Герман-Галкин, Б Ненартович Судовая энергосистема с асинхронным вал о генератором // Техн електродинаміка - 2000 - №2 -с 101-106 50192 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71