Диссертация (1144094), страница 14

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 14)

Использование векторной ШИМпозволяет в полной мере реализовать потенциал напряжения звена постоянноготока.Напряжение в точке соединения дросселей и сетевого инвертораформируется АВН так, чтобы получить требуемые входные токи. Рассмотримсхему на рисунке 4.2.Рисунок 4.2 – Однофазная схема замещения активного выпрямителяИндуктивность на схеме, отображает входные дроссели устройства.Последовательно преобразуем напряжения и токи из натуральной abc системыкоординат во вращающуюся СК dq, сориентированную по вектору напряжения. Всистеме координат abc уравнение 4.1 записывается в виде:u c abc  u АВ abc  Ld i АВ abc,dt(4.1)При переходе к СК αβ в комплексной плоскости:u c   u АВ   Ld i АВ ,dt(4.2)Во вращающейся системе координат, ось d которой сориентирована повектору напряжения сети:u c.dq  u инв.dq  Ld i инв.dq jLwi инв.dq ,dt(4.3)Видно, что при переходе от неподвижной к вращающейся в комплекснойплоскостиСК,придифференцировании,появиласьдополнительнаясоставляющая, обуславливающая взаимное влияние d и q компонент напряженийи токов друг на друга.Переписывая уравнение 4.3 для ортогональных составляющих векторов:90diАВducd  u АВd  L dt  Lwi АВq ;di ucq  u АВq  L АВq  Lwi АВd .dt(4.4)В установившемся режиме (система уравнений 4.4) разность обобщенныхвекторов напряжения сети и напряжения инвертора в каждый момент времениопределяет входные токи устройства, позволяя выпрямителю работать вразличных режимах (рисунок 4.3) рассмотрим их подробнее.Рисунок 4.3 – Диаграммы режимов работы преобразователя в dq координатахДиаграмма на рисунке 4.3 (а) иллюстрирует выпрямительный режимпреобразователя.

Входные токи АВ совпадают по фазе с напряжениями(обобщенные векторы содержат только d-составляющую), что соответствуетпотреблению устройством электроэнергии из сети. Для поддержания этогорежима преобразователь должен работать так, чтобы его собственное напряжениеотставало от падения напряжения сети на некоторый угол δ так, чтобы надросселях поддерживалось требуемое падение напряжения и, как следствие,формировались требуемые входные токи.Режим, проиллюстрированный диаграммой б на рисунке 4.3, предназначендля компенсации реактивной мощности. Ток, потребляемый устройством,опережает напряжение сети на четверть периода, что соответствует емкостной91нагрузке.

Силовой преобразователь, работающий в таком режиме, называетсястатическим компенсатором реактивной мощности [45, 66, 73]. Как и впредыдущем случае, напряжение сетевого инвертора поддерживается таким,чтобы через дроссели протекали требуемые токи (вектор тока включает только qсоставляющую). Ранее упоминалось, что сетевой инвертор, работающий в режиместатической компенсации реактивной мощности, также может быть использовандля борьбы с провалами напряжения.Третий режим аналогичен первому за исключением того, что угол δотрицательный, напряжение преобразователя опережает напряжение сети и dсоставляющая входного тока преобразователя отрицательная, устройство отдаетэнергию в сеть.ОписаниепроцессоввАВНпосредствомобобщенныхвекторов,рассмотренное в этом разделе, на практике используется для построениявекторных систем управления выпрямителем.

Обобщенный вектор напряжениявыпрямителя формируется в соответствие с заданием, поддерживая, такимобразом, требуемые входные токи. Далее рассмотрим структуру системывекторного управления.4.3 СистемавекторногоуправленияактивнымвыпрямителемнапряженияБольшое распространение получила структура векторного управления АВНна основе двухконтурной системы автоматического управления. Системаподчиненного регулирования, включает в себя контур регулирования тока иконтур регулирования напряжения ЗПТ [49, 53, 65, 85, 101].

Разумеется такойспособ не является единственно возможным, однако он, благодаря отдельномуконтурурегулированияхарактеристикамиитоков,позволяетобладаетисключитьхорошимидинамическимивзаимовлияниеортогональныхкомпонент тока друг на друга. Рассмотрим сперва контур регулирования тока(рисунок 4.4), затем контур регулирования напряжения.92Рисунок 4.4 – Контур регулирования тока векторной системы управления АВНЕслиприсоставлениисистемыуравнений4.4учестьактивноесопротивление дросселей и перейти к изображениям токов и напряжений поЛапласу, то система уравнений будет выглядеть следующим образом:ucd ( s )  u АВd ( s)  Lд wi АВq ( s);iАВd ( s) Lд s  Rдu ( s)  u АВq ( s)  Lд wi АВd ( s) iАВq ( s)  cq.Lд s  Rд(4.5)Контур регулирования строится на основе системы уравнений 4.5, такимобразом, чтобы отдельно формировать ортогональные составляющие токапреобразователя и упреждать воздействие сетевых напряжений и перекрестныхсвязей.

Таким образом, ПИ-регуляторы настраиваются для компенсациисобственной инерции дросселей (при практическом применении следует такжеучитывать передаточные функции силовой части инвертора и датчиков).Таккакрассматриваетсятольковыпрямительныйрежимработыпреобразователя, задание по q-составляющей тока всегда равно нулю. Задание жедляd-составляющейформируетсяконтуромрегулированиянапряжения,рассмотрим его структуру.Мощность нагрузки пропорциональна квадрату напряжения ЗПТ, этоопределяет задачу АВ: преобразователь должен потреблять такой ток, чтобыподдерживать нормальное напряжение на конденсаторе и соответственно93обеспечивать нормальный режим работы электропривода.

Баланс мгновенноймощности на конденсаторе описывается уравнением:pвх .к.  pвых .к. dEк Cк duк2,dt2 dt(4.6)где рвх.к. – мгновенная мощность на входе звена постоянного тока, рвых.к. –мгновенная мощность на выходе звена постоянного тока, Ек – энергияэлектрического поля конденсатора, uк – мгновенное значение напряжения звенапостоянного тока, Ск – емкость конденсатора в звене постоянного тока.Мгновенные мощности в уравнении 4.6 можно переписать следующимобразом:3Ск duк2uк2,U сid 22 dtRнагр(4.7)где Rнагр – эквивалентное сопротивление нагрузки, присоединенной к АВ.Запишем передаточную функцию по d-составляющей тока преобразователя,перейдя к изображениям по Лапласу:id ( s)2  s  Ск1 .uк2 ( s)3  2U с U с Rнагр (4.8)Подводя итог разделу: АВН с векторным управлением, поддерживает такоенапряжение в звене постоянного тока, чтобы обеспечивать нормальную работунагрузки (в рассматриваемом случае электропривода). Для этого выпрямителю,работающему в составе электропривода, требуется поддерживать входной токтаким,чтобынеобходимуюегоd-составляющаядвигателюиобеспечивалаприводномуактивнуюмеханизмумощность(q-составляющаяподдерживается равной нулю).

Задание по d-составляющей тока АВ формируетсярегулятором контура напряжения. Контур регулирования тока отрабатываетзадание, формируя вектор собственного напряжения инвертора. В зависимости отрежима работы преобразователя могут формироваться как активные, так иреактивные токи, поток мощности также может изменять направление.94Следует обратить внимание на ограничения, накладываемые на работупреобразователя такого типа. В любом режиме работы входной ток сетевогоинвертора ограничен максимальным допустимым током ключей. НапряжениеЗПТ также ограничено максимально допустимым напряжением на конденсаторе,а так как оно пропорционально амплитуде напряжения, которое может выдатьпреобразователь, то это ограничение также влияет на величины входных токов,т.е. рабочую область преобразователя.4.4 Модель активного выпрямителя, управляемого по принципуориентирования тока по напряжениюДляисследованияработыактивноговыпрямителявусловияхнесимметричных провалов напряжения была разработана компьютерная модель всреде Simulink MATLAB.

Компьютерное моделирование позволило оценитьвозможности поддержания напряжения в ЗПТ, а значит и работоспособностиэлектропривода. Модель в виде блочной диаграммы в среде представлена нарисунке 4.5.Рисунок 4.5 – Блочная диаграмма модели в среде SimulinkСтруктурно система включает в себя силовую часть, представленнуюблоком «Universal bridge», отмеченным на рисунке цифрой 1, дроссели (2), черезкоторые преобразователь подключен к точке общего подключения (3).

Звенопостоянного тока (4) представлено ветвью с заданной емкостью, нагрузка (5)95представлена постоянным активным сопротивлением. Также диаграмма включаетв свой состав блок управления (6), блок вывода параметров (7) и блок «powegui»(8), обеспечивающий нормальную работу моделей, включающих блоки избиблиотеки «Simscape Power Systems Specialized Technology». Параметрыэлементов устройства представлены в таблице 4.1.Таблица 4.1 – Параметры элементов активного выпрямителя напряженияНоминальная мощность Pн, кВтНоминальное напряжение Uн, кВЕмкость конденсатора в ЗПТ Cк, мкФИндуктивность дросселей Lд, мГнАктивное сопротивление дросселей Rд, Ω160,4150020,05Структура блока управления представлена на рисунке 4.6.Рисунок 4.6 – Структура блока формирования сигналов управленияБлок управления включает в свой состав блоки преобразования координаттоков из СК abc в СК αβ и во вращающуюся dq систему координат (блоки 1 и 2).Рамка, отмеченная цифрой 3 на рисунке 4.6, обозначает контуром регулированиятока.

Контур сформирован в соответствии с принципами, описанными выше(рисунок 4.4) так, чтобы создать прямые связи d и q компонент вектора токов ссоответствующимикомпонентамивекторанапряжения,атакжеучестьвзаимовлияние компонентов токов друг на друга. Параметры ПИ-регуляторов96контура регулирования одинаковы и рассчитывались в соответствии с методом,представленным в [85]. Пропорциональный и интегральный коэффициентырассчитываются с учетом выбранной частоты коммутации, так чтобы полосапропускания системы с регулятором γi была в десять раз меньше частотыпереключения ключей инвертора в радианах, что ведет к системе уравнений: K pi   i  Lд ; K ii   i  Rд .(4.9)Блок 4 является контуром регулирования напряжения.

Характеристики

Список файлов диссертации