Диссертация (1144094), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Всего было зафиксировано 18 массивов мгновенныхзначений напряжения ЗПТ, что соответствует трем различным сопротивлениямблока нагрузки, исследованным в шести различных режимах питания установки.Параметры напряжения ЗПТ, полученные в ходе эксперимента, представлены втаблице 3.6. В таблицу также включены результаты вычислений итерационногоалгоритма и проведена оценка ошибки вычислений.81Таблица 3.6. – Ошибки определения параметров напряжения ЗПТСопротивление блоканагрузки, ΩГлубинапроваланапряжения,%020406060809602040406080960204025608096Значения параметра (эксперимент / расчет), Ви ошибка расчета %Минимальное Постоянная МаксимальноезначениесоставляющаязначениенапряжениянапряжениянапряженияЗПТЗПТ, ВЗПТ, В56,6 / 52,47,553 / 50,25,352,4 / 49,84,952,3 / 53,72,752,9 / 51,52,552,7 / 54,12,656,5 / 52,47,651,6 / 49,43,950,2 / 47,55,449,7 / 59,35,449,9 / 48,62,549,9 / 51,83,6554,5 / 524,848,6 / 45,67,0646,2 / 44,92,845,5 / 461,1145 / 45,5145 / 48,67,858,1 / 55,54,556,3 / 552,456,5 / 560,956 / 57,8356,6 / 53,32,356,5 / 59,55,258 / 554,855 / 53,72,555,3 / 550,554,8 / 56,83,555 / 54,4155,1 / 58,45,956,2 / 54,5353,1/ 51,82,4452,8 / 53,30,9352,7 / 554,552,3 / 53,80,952,35 / 56,57,960 / 58,42,760,2 / 600,860,6 / 61,3160,2 / 61,4260,8 / 58,14,360,6 / 63,7559,7 / 58,12,660,1 / 59,41,261,12 / 61,91,360,5 / 62,32,960,7 / 592,760,8 / 633,758,1 / 57,6158,4 / 59,41,6461 / 62,22,160,1 / 63,64,460,6 / 59,881,260,6 / 63,75,1Всего было проведено 54 (сравнение по 3 параметрам в 18 экспериментах)сравнения величин, полученных опытным путем и вычисленных с помощью82итерационного алгоритма.
Из анализа полученных результатов понятно, чтонаправление и величина отклонения изменяются случайным образом и не зависятот величины нагрузки и питающего напряжения. Установлено, что наибольшаяошибка определения параметров напряжения ЗПТ составила 7,9%. Полученнаяошибка является, в том числе, следствием ошибок при определении полуосейгодографа (таблица 2.2 в главе 2), и допущений, принятых ранее (усреднениепараметров катушек индуктивности, пренебрежение выходным сопротивлениемсистемыэлектроснабжения исобственной системы питанияустановки).Распределение ошибки вычислений представлено на рисунке 3.15.Рисунок 3.15 – Распределение ошибок определения напряжения ЗПТРаспределение имеет два ярко выраженных максимума, один в окрестности1,5%, другой в окрестности 3%, однако по представленным данным нельзяоднозначноопределить,попадаетлиошибкаподизвестныезаконыраспределения случайной величины и однозначно определить математическоеожидание ошибки, однако большая часть расчетных значений попадает вокрестность ±6% от значений, измеренных в ходе эксперимента с натурноймоделью.Такимобразом,сравнениевеличинпараметровнапряженияЗПТ,определенных с помощью итерационного алгоритма, работающего по критериюминимума ошибки определения частоты, и аналогичных величин, полученных в83процессе работы с натурной моделью, показало, что предлагаемый способспособен определить параметры напряжения звена постоянного тока с ошибкойне превышающей 6% в 90% случаев и 8% в 100% случаев.84Выводы по Главе 31.Описан способ расчета параметров напряжения звена постоянного тока,позволяющий, на основании данных о текущем потреблении энергииэлектродвигателем и о питающем ЧРП напряжении, определить динамикуизменения напряжения конденсатора ЗПТ, его постоянную составляющую,максимальное и минимальное значение.2.Разработанамоделированиекомпьютернаяработымодельасинхронногоипроведеноэлектроприводакомпьютерноесчастотнымрегулированием при провалах напряжения различной глубины и типа.3.Анализрезультатовкомпьютерногомоделированияпоказал,чтомаксимальная ошибка работы предлагаемого алгоритма при определениипараметров напряжения ЗПТ составила 3,19%, что говорит об адекватностидопущений предлагаемых для расчета.4.Для проведения экспериментальных исследований была собрана натурнаямодель звена постоянного тока, имитирующая работу звена постоянноготока электропривода, работающего с постоянной скоростью и моментом.5.На натурной модели было проведено 54 измерения параметров напряженияЗПТ, определяемых предиктивным алгоритмом, при шести различныхрежимах питания модели и трех различных нагрузках, питаемых от ЗПТ,при этом наибольшая ошибка работы алгоритма составила 8% от значения,измеренного в опыте, а в 90% измерений (в 49 измерениях) ошибка непревысила порог в 6%.85ГЛАВА 4 УПРАВЛЕНИЕ АКТИВНЫМ ВЫПРЯМИТЕЛЕМ В СОСТАВЕЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО ПРИВОДА В УСЛОВИЯХ ПРОВАЛАНАПРЯЖЕНИЯСледующим, рассмотренным в работе, способом преодоления проваланапряжения, является использование активного выпрямителя в составе частотнорегулируемого электропривода.
Преимуществом управляемого выпрямителя всравнении с неуправляемым выпрямителем является возможность поддерживатьформу входных токов в соответствии с заданием, что позволяет добитьсяулучшения параметров качества электроэнергии. Ранее упоминалось, что внесимметричных режимах требуются особые способы управления АВН.Первые разделы главы посвящены описанию функции преобразователя всоставе ЧРП и принципов управления им.
Далее в главе представленакомпьютерная модель АВН, реализующая описанные принципы, а такжерезультаты моделирования работы устройства в нормальном режиме работы ипри провале напряжения.Показано, что при провале напряжения АВН поддерживает напряжение взвене постоянного тока, однако при несимметричном питающем напряжении (впервой главе показано, что боле 85% провалов напряжения являютсянесимметричными) АВН с векторным управлением является источником высшихгармоник. Это не допустимо, так как поддержание синусоидальных входныхтоков – это одна из основных задач активного выпрямителя, а дажекратковременный выброс высших гармоник в сеть может привести к выходу изстроя установок компенсации реактивной мощности (УКРМ) и срабатываниюустройств релейной защиты и автоматики, поэтому дальнейшие разделыпосвящены решению задачи поддержания синусоидальных входных токовсетевого преобразователя при несимметричном питающем напряжении.После анализа, направленного на выявление причин искажения входныхтоков, предлагается решение поставленной задачи.
Корректировку формывходных токов предлагается проводить путем изменения структуры системы86формирования задания для контура регулирования тока. В дальнейших разделахпредлагаемое решение обосновано теоретически. Показано, что синусоидальностьвходных токов достигается при поддержании постоянного потока мощности навходе преобразователя. Результативность предлагаемого способа управленияподтверждаетсярезультатамикомпьютерногомоделирования.Таккакпредлагаемый способ управления требует наличия данных о компонентах прямойи обратной последовательности напряжения, он особенно эффективен всочетании с описанным во второй главе способом определения параметровпитающего напряжения.4.1 Устройство, принципы работы и функции активного выпрямителяв составе современного частотно-регулируемого электроприводаАктивнымвыпрямителемназываетсяустройстводляуправляемогопреобразования переменного тока в постоянный, при этом управляемымиявляются параметры стороны как переменного, так и постоянного тока [54].
Впромышленностиэлектролизныхактивныеустановоквыпрямителимощностьюприменяютсяпорядка100 МВт,дляпитанияэлектроприводапрокатных станов мощностью до 15 МВт, питания крупных электродуговыхпечей [2]. Применение этих устройств повышает коэффициент мощностиэлектроустановки,чтосущественнодлятехнологическихустановокрассматриваемой мощности. Применяются они для питания как одиночныхдвигателей с частотным регулированием, так и групп устройств, например всистеме управления лопатой карьерных экскаваторов [13]. Вкупе с возможностьюкомпенсации реактивной мощности это делает их чрезвычайно эффективнымидля поддержания качества электроэнергии на предприятиях промышленности [4,18].В разделе рассматриваются трехфазные активные выпрямители, так как ониприменяются для питания электропривода от трехфазной сети переменного тока.ИзбольшогоколичестваизвестныхтопологийАВ[70],наибольшее87распространение в электроприводе получили выпрямители тока и выпрямителинапряжения.
Структура преобразователей представлена на рисунке 4.1.(а)(б)Рисунок 4.1 – Структура активного выпрямителя (а) тока, (б) напряженияАктивные выпрямители тока (далее АВТ) (рисунок 4.1 (а)) позволяютрегулировать напряжение на нагрузке в пределах от нуля до номинальногозначения,определяемоговыражением3.1.Устройстваэтоготипанепредполагают рекуперации электроэнергии в сеть, что является недостаткомэлектроприводастакимтипомвыпрямителя.Однакосущественныиположительные стороны, способность регулирования напряжения ЗПТ ниженоминального позволяет уменьшить коэффициент гармонических искаженийтоков статора при работе электропривода на низкой мощности, а следовательноповысить коэффициент полезного действия устройства.Активные выпрямители напряжения (далее АВН) (рисунок 4.1 б) способнырегулировать напряжение ЗПТ только от уровня линейного напряжения сети ивыше [6].
Это лишает их возможности снижать напряжение для оптимизациигармоническогоподдерживатьсоставатоковнормальныйстаторныхуровеньобмоток,напряженияоднакоЗПТприпозволяетснижениидействующего значения напряжения. Способность устройств этого типаосуществлять рекуперацию энергии в электрическую сеть также позволяетиспользовать их в качестве сетевых инверторов устройств распределеннойгенерации и возобновляемых источников энергии.88В ЗПТ АВ тока в качестве основного накопителя энергии используетсядроссель, что определяет свойства АВ.
Это не исключает включения параллельнос нагрузкой сглаживающей емкости, однако сам принцип работы устройства этогоне требует. Основным накопителем ЗПТ АВ напряжения является конденсатор.Как и в случае с АВ тока возможно включение дополнительных фильтрующихдросселей или LC каскадов, но для работы устройства это не являетсянеобходимым.Выбор ключей во всех устройствах силовой электроники обусловленрежимом работы преобразователя [54, 74]. Так в активных выпрямителях токатребуется использовать ключи, способные оставаться в закрытом состоянии принапряжении обеих полярностей, а ток пропускать только в одну сторону, этимобусловлен выбор пары транзистор-диод, соединенных последовательно. Вактивных выпрямителях напряжения полярность напряжения поддерживаетсяпостоянной, однако, в нормальном режиме работы, требуется обеспечитьпротекание токов в направлении, противоположном падению напряжения,поэтому применяется связка из параллельно соединенных силового диода итранзистора.
Это также позволяет осуществлять рекуперацию энергии в сеть иработать в различных режимах компенсации.Свойство поддерживать напряжение на нагрузке на уровне задания приизменяющемся напряжении сети позволяет использовать АВН для преодоленияэлектроприводом провалов напряжения. Далее рассмотрим систему управленияэтим устройством.4.2 Управление активным выпрямителем напряженияВзаимодействие с сетью АВН осуществляет посредством инверторанапряжения, который открывает и закрывает ключи в соответствии с заданием.Широкое распространение для формирования напряжения инвертора получилпринцип широтно-импульсной модуляции (ШИМ). В настоящий моментпромышленным стандартом является система векторной ШИМ, формирующаясигналы управления ключей в зависимости от координат задания обобщенного89вектора напряжения в плоскости αβ [11].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
