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 широтно-імпульсною 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 регульованим джерелом постійної напруги, підтримую модуляцією (ШІМ), першу, другу, третю індуктивності, які підключені виводами до ВІДПОВІДНИХ фаз мережі живлення А, В, С, і до фаз навантаження а, Ь, с, який відрізняється тим, що він додатково містить трифазний трансформатор, первинні обмотки якого приєднані до ВІДПОВІДНИХ ВИХІДНИХ ВИВОДІВ інвертора, вторинні обмотки приєднані першими виводами, ВІДПОВІДНО, ДО фаз навантаження а, Ь, с, а другими виводами приєднані до індуктивностей першої, другої, третьої, і водночас до вхідних виводів трифазного випрямляча, який послідовно з'єднаний з аналого-цифровим перетворювачем (АЦП), блоком обчислення корекції глибин модуляції, причому ВИХІДНІ виводи блока обчислення корекції приєднані до ВІДПОВІДНИХ ВИВОДІВ системи керування з ШІМ чи 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 вол о генератором [2], яка містить послідовно з'єднані валогенератор, перший інвертор, ланку постійного струму з фільтруючим конденсатором, другий інвертор, три індуктивності, які підключені другими виходами до ВІДПОВІДНИХ фаз мережі живлення А, В, С і фаз навантаження а, в, 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 швертерів із ланкою постійного струму В маневрових режимах , при значних змінах швидкості обертання вала, енергія в навантаження поступає від вал о генератора і від мережі В режимі причалювання, при зниженні швидкості обертання ю 52922 вала до нуля, вся споживана енергія поступає в навантаження від мережі Даний пристрій забезпечує підтримання напруги від навантаженні з заданою амплітудою Недоліком прототипу є неможливість усунення впливу асиметрій 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 вольтодавчого пристрою з широтно-імпульснною модуляцією (ШІМ) в залежності від несиметрм 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 містить інвертор, ВХІДНІ, виводи якого підключені до джерела постійної напруги, керуючі виводи приєднані до системи керування з широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ), першу, другу, третю індуктивності, які підключені виводами до ВІДПОВІДНИХ фаз мережі живлення А, В, С, і до фаз навантаження а, в, с, згідно з винаходом, новим є те, що він додатково містить трифазний трансформатор, первинні обмотки якого приєднані до ВІДПОВІДНИХ ВИХІДНИХ ВИВОДІВ інвертора, вторинні обмотки приєднані першими виводами, ВІДПОВІДНО ДО фаз навантаження а, в, с, а другими виводами приєднані до індуктивностей першої, другої, третьої, і водночас до вхідних виводів трифазного випрямляча, який послідовно з'єднаний з аналого-цифровим перетворювачем (АЦП), блоком обчислення корекції глибини модуляції, причому ВИХІДНІ виводи блоку обчислення корекції приєднані до ВІДПОВІДНИХ ВИВОДІВ системи керування з ШІМ Сутність пристрою пояснюється кресленням, де зображено функціональну схему пристрою електроживлення трифазних споживачів в автономних системах з компенсацією впливу несиметрм мережі на навантаження Пристрій містить першу, другу, третю індуктивності 1 - 3 інвертор 4, випрямляч 5, аналогоцифровий перетворювач (АЦП) 6, блок обчислення корекції глибини модуляції (БОКГМ) 7, систему керування з ШІМ 8, трифазне навантаження 9, трифазний трансформатор 10 Пристрій працює наступним чином Трифазна напруга мережі поступає на навантаження 9 через індуктивності 1 - 3 Вплив несиметрм мережі на навантаження компенсується за допомогою вольтадодавчого інвертора 4, який підключений до джерела постійної напруги lid По відношенню до навантаження інвертор включений послідовно з мережею живлення Таке включення здійснюється за допомогою трансформатора 10 Напруга мережі через індуктивності 1 - 3 поступає на трифазний випрямляч 5 Пульсуюча напруга з виходу випрямляча подаешься на АЦП 6, звідки в оцифрованому вигляді поступає на БОКГМ 7 В БОКГМ обчислюється значення коефіцієнтів глибини модуляції ШІМ інвертора, які забезпечують компенсацію впливу несиметрм трифазної мережі на наванта ження Несиметрію системи трифазних напруг прийнято характеризувати коефіцієнтами нерівноваженості 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 , U, U, Коефіцієнти несиметрм можуть бути визначені за допомогою вимірених амплітудних значень ЛІНІЙНИХ напруг ІІдв, UBC, UCA A = scosAi|/ = 2 U B - U B C - U C A (1) + UCA 0 (2) AB + UBC + UCA Тоді модуль коефіцієнту несиметрм визначається з виразу B= ssmAij/ = U а зсув фаз між зворотною та прямою послідовностями В Аці = arctg А В комплексній формі запису коефіцієнт несиметрм може бути представлений як Визначення параметрів А і В за формулами (1), (2) вимагає виміряння значень ЛІНІЙНИХ напруг, знаходження максимума функцій і проведення ВІДПОВІДНИХ обчислень 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 = Зп інтервалів Внаслідок ЛІНІЙНОСТІ СКІ-перетворення спектр випрямленої напруги в несиметричній мережі можна обчислити додаванням трьох спектрів ІІдв, UBC, UCA (3) - 1 366U C A ), ^ 2ті 1 366UBC + 0 366UCA), (4) (5) Параметри несиметрм (1), (2) можуть бути визначені через складові СКІ-спектру наступним чином А = scosAij/ = Y(2-3 n " 1 ) Y(OJ (6) Y(3 n " 1 )-Y(2-3 n " 1 ) U) Y(0) Три складові спектру Y(0), Y(3" '), Y(2 * 3" ') обчислюються за наступними формулами N-1 Y(0)=Ixh (8) i=0 В= 52922 5 n1 n 1 Y(3 " ) = n 1 Y(3 " ) = n 2 3 -1 n1 3 -1 3 '-1 n1 i=2 3n1 3n-1 і=Зп1 і=2 3 п 1 i=3 ' n1 2 3 -1 i=0 n1 3 -1 і=0 и А =Ц(1 + А), UB = и,Гі + 1 (V3B - А)| де аі = 0 366, а 2 = -1 366 Позначивши Зп1-1 23п1-1 і=Зп1 (15) U c =uji-1(V3B+A) Зп-1 і=0 6 несиметрм (1), (2), представимо вирази для напруг фаз (14) у вигляді і=2 3 п 1 і підставивши (9) в (8), отримаємо формули n 1 п1 для обчислення Y(0), Y(3 ), Y(2 * З ) Y(0) = d + С2 + Сз, n 1 Y(3 ) = Сі + аіС 2 + а2С3, (10) п1 Y(2 * З ) = Сі + а 2 С 2 + аіС 3 Підставивши (10) в (6), (7), отримаємо 2С-] - С 2 - С 3 А= (11) Он + О2 И О ^ " /3-(С 2 -С 3 ) В= (12) Визначимо умови компенсації впливу несиметрм мережі на роботу трифазних навантажень Амплітуди напруг фаз в несиметричній системі можуть бути визначені через коефіцієнти несиметрм як 2 UB = ц у і + s + 2s cos(Ai|/ - 2л / 3), (13) 2 U c = U, J i + s + 2s cos(Ai|/ + 2л / 3) Через малість є, запишемо вирази (13) як U B = U, [1 + s cos(Ai|/ - 2л / 3)] = —|уЗ sinAvy-cosAvj/l, МА = (16) 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 =Мо ^ + 02+ С; 2С1+С3 + 2scosAij/, UA= Параметри несиметрм А і В визначаються з виразів (11), (12) Тоді коефіцієнти глибини модуляції фаз визначаються виразами (14) U c = U, [1 + scos(Ai|/ + 2л /З)] = = U| 1 - —(V3 Користуючись введеними раніше параметрами Сн 2 "т" О ^ (17) + С2 Сн + Оо Значення коефіцієнтів цд, цв, Цс поступають на систему керування з ШІМ 8, яка формує сигнали керування силовими ключами інвертора 4 Джерела інформації 1 Авторское свидетельство СССР № 729748 , кл H02J3/26, 1992 2 С Герман-Галкин, Б Ненартович Судовая энергосистема с асинхронным вал о генератором // Техн електродинаміка - 2000 - №2 -С 101-106 52922 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24