Трехфазные корректоры коэффициента мощности: Виенна-выпрямитель — трехфазный корректор коэфф. мощности

Виенна-выпрямитель — трехфазный корректор коэфф. мощности

Принятые в последнее десятилетие стандарты жестко ограничивают эмиссию в сеть высших гармонических составляющих тока, создаваемую статическими преобразователями. В первую очередь это вызвало замену чрезвычайно распространенных выпрямителей с С-фильтром, обладающих весьма низким коэффициентом мощности, схемами с активными корректорами коэффициента мощности (ККМ). В трехфазных сетевых преобразователях отсутствует эмиссия в сеть гармонических составляющих, кратных трем, поэтому коэффициент мощности выше, чем в однофазных схемах: коэффициент мощности трехфазного шестипульсного выпрямителя с L— или LC-фильтром достигает 0,955, а пятая и седьмая гармоники сетевого тока составляют соответственно 20 и 14%. Однако такой гармонический состав сетевого тока во многих случаях не может считаться удовлетворительным, велики массогабаритные и стоимостные показатели фильтра в цепи постоянного тока. Это обстоятельство стимулирует интерес к трехфазным выпрямителям с активной коррекцией коэффициента мощности. Среди них находит применение устройство на базе трехфазного инвертора напряжения, работающего в обратимом режиме (так называемый активный выпрямитель) [1].

Существует и альтернативное схемное решение трехфазного выпрямителя с активной коррекцией коэффициента мощности — Виенна-выпрямитель [2]. Однако в научной литературе не содержится подробного анализа электромагнитных процессов в этой схеме, и сравнение Виенна-выпрямителя с активным выпрямителем носит лишь предварительный характер. Задачей данной статьи является восполнение этого пробела.

 

Принцип действия

Существует несколько вариантов построения схемы Виенна-выпрямителя, и материал статьи можно распространить на все разновидности устройства, однако представляет интерес решение, приведенное на рис. 1,а [2]. Нулевой провод сети может отсутствовать. Реализация двухпроводящего ключа показана на рис. 1,б.

Рис. 1.

Функционирование Виенна-выпрямителя напоминает работу однофазного корректора коэффициента мощности на базе повышающего регулятора постоянного напряжения. При подключении устройства к сети конденсаторы C 1 = Си C2 = С на стороне постоянного тока заряжаются до напряжения, большего амплитуды фазного напряжения:

,

причем

.

При

,

где  θ = 2πf_сетиt, и замкнутом ключе S1 к дросселю L_A приложено напряжение u_A— u₀ > 0 и ток i_A нарастает. Напряжение между средними точками сети и конденсаторов обозначено u₀. При отключении S1 ток дросселя замыкается через диод V1, и к дросселю приложено u _A — u ₀ — u_C1 < 0, ток дросселя i_A падает. На второй половине периода процессы развиваются аналогично. При u_A < 0 и проводящем ключе S1 к дросселю L_A приложено напряжение u_A— u ₀< 0, и ток в нем спадает.

Чередуя моменты включения и выключения S1 с высокой частотой коммутации f_к =Axf_сети, можно получить требуемую форму сетевого тока i_A. Основная гармоника тока имеет нулевой сдвиг фазы относительно фазного напряжения u_A. Подобным же образом формируются токи фаз i_B и i_C .

Для получения синусоидального синфазного тока сетевого тока необходимо и достаточно, чтобы к дросселям были приложены напряжения, основная гармоника которых равна [3]:

Здесь k_р— коэффициент регулирования, пропорциональный мощности нагрузки. При использовании системы управления, реализующей слежение по сетевому току, зависимости (1) формируются автоматически.

Активная мощность нагрузки при пренебрежении потерями определяется выражением

 — основная гармоника сетевого тока.

Схему на рис. 1а можно заменить схемой замещения на рис. 1в. Формируемые выпрямителем напряжения на стороне постоянного тока обозначены u_вA, u_вB и u_вC. Действующее значение основной гармоники напряжений u_вопределяется с учетом (1):

Расчет коэффициента мощности

Моделирование Виенна-выпрямителя проведено модифицированным спектральным методом [3]. На рис. 2а-в приведены форма сетевых напряжения u_A и тока i_A, напряжения u_вA* = uвА – u ₀, формируемого выпрямителем, а также напряжение u₀. Для наглядности диаграмм частота коммутации выбрана весьма низкой — 1,8 кГц (А = 36).

Рис. 2.

Напряжение u_в*, как видно из диаграммы, формируется по принципу однополярной широт-но-импульсной модуляции (ШИМ). Разложение напряжения u_в* в ряд Фурье приведено на рис. 2г. Спектр при A > 30 содержит обширную область частот (от n = 1 до n = A — 7), свободную от гармоник. Результаты модельного эксперимента позволили установить, что амплитуда высших гармоник Сn с номерами n = A- i, где i = 1,3, 5… практически не зависит от частоты коммутации и коэффициента регулирования k_р. При увеличении коэффициента k_Uвысшие гармонические составляющиеувеличиваются.

Спектрсодержит ряд близко расположенных гармонических составляющих вблизи частоты коммутации, которые при расчетах могут быть заменены одной эквивалентной гармоникой с действующим значением

и частотой A×f_сети. Коэффициент гармоник определяется выражением

В таблице 1 приведены значения k _г в различных режимах.

Таблица. 1

Действующее значение высших гармоник тока i определяется в решающей степени составляющими спектра, расположенными около частоты коммутации:

Действующее значение сетевого тока:

Коэффициент мощности равен коэффициенту искажения тока сети v :

Учитывая, что k _р< 0,1, получим

Величина k _г находится по таблице 1 в зависимости от коэффициента k_U, определяющего напряжение на выходе выпрямителя. Из выражения (3) видно, что для достижения требуемого коэффициента мощности следует варьировать k _рA . Величина k_р, как следует из выражения (2), связана с величиной индуктивностей фазных дросселей L.

 

Параметры полупроводниковых приборов

Для выбора полупроводниковых приборов необходимо определить максимальное напряжение, прикладываемое к ключу, а также действующее, амплитудное и среднее значение тока, протекающего через ключ. Максимальное напряжение на диодах V1– V6 равно максимальной амплитуде линейного напряжения сети f14. Максимальное напряжение на транзисторных ключах S1-S3 определяется максимальным напряжением на конденсаторах фильтра постоянного тока u_C = U_n/2+ΔU_{С макс}, где ΔU_{С макс}— максимальная амплитуда пульсации на конденсаторе C 1 (или C2) при конечной величине емкости конденсаторов. Величина ΔU_{С макс} рассчитывается ниже. При ΔU_{С макс} -> 0 напряжение на ключах S1-S3 такое же, как в однофазном ККМ на базе повышающего регулятора напряжения, и вдвое меньше, чем в схеме активного выпрямителя на базе инвертора напряжения.

Параметры токов определены при спектральном моделировании Виенна-выпрямителя. В процессе моделирования установлено, что при A > 30 параметры токов не зависят от выбора частоты коммутации и коэффициента регулирования k _р, а определяются напряжением на нагрузке (коэффициент k_U). В таблице 1 приведены параметры токов, отнесенные к действующему значению фазного сетевого тока I. Для ключа параметры токов определены только для одной проводящей пары «диод — транзистор», например, для тока, протекающего на периоде сети через ST₊ и SD– (рис. 1б). Из табличных данных видно, что токи диодов при росте k_U уменьшаются, а токи транзиcторов — увеличиваются. Поэтому диоды следует выбирать при минимальном k_U, когда напряжение сети максимально, а выбор транзисторов следует производить при минимальном напряжении сети.

Как и в схеме ККМ на базе повышающего регулятора напряжения, во время коммутации тока с диода на транзистор в течение времени рассасывания заряда в диоде образуется контур, включающий конденсатор C 1 (или С2), диод и транзистор, что приводит к повышению потерь на коммутацию. Выбираемые приборы должны быть рассчитаны на этот режим, а диоды должны иметь минимальное время восстановления запирающих свойств. Можно использовать и схемотехнические способы ограничения ударного тока.

 

Расчет выходного фильтра

В трехфазном преобразователе возможны несимметричные режимы, обусловленные, в первую очередь, асимметрией напряжений сети переменного тока и отклонением индуктивнос-тей фазовых дросселей схемы от номинальных значений. Анализ показал, что асимметрия сети влияет на процессы в преобразователе существенно сильнее, чем асимметрия дросселей [4].

Фильтр на стороне постоянного тока выполняется с выводом нулевой точки последовательного включения конденсаторов С1 и С2. Пренебрежем ответвлением высших гармоник тока в нагрузку, тогда в силу односторонней проводимости ключей неуправляемого выпрямителя в конденсатор С 1 поступает ток i₀₁, который является суммой анодных токов диодов, соединенных катодами, а в конденсатор С2 — ток i₀₂ (сумма анодных токов диодов, соединенных анодами). Каждый из указанных токов в симметричном режиме имеет пульсацию с частотой 3

f_сети, в асимметричных же режимах появляются пульсации на первой и второй гармониках сети.

Вторая гармоника тока замыкается через нагрузку и определяет пульсации напряжения на нагрузке в зависимости от выбора конденсатора, емкость которого определяется последовательным соединением С1 и С2. Первая и третья гармоники тока замыкаются через внутренний контур преобразователя, минуя нагрузку. При конечной емкости конденсаторов С1 и С2 эти токи вызывают противофазные пульсации напряжения на конденсаторах C 1 и С2, причем третья гармоника пульсаций присутствует и в симметричной схеме при симметрии напряжений сети и практически не зависит от параметров несимметрии.

Величина пульсации на каждой из гармоник определяется коэффициентом пульсации, равным отношению амплитуды

i-й гармоники пульсации тока i₀₁ (или i₀₂) к постоянной оставляющей тока нагрузки:

Поскольку колебания разных частот суммируются, в наихудшем случае суммарная амплитуда пульсации равна сумме амплитуд пульсации всех гармоник. Введем суммарный коэффициент пульсации k_nΣ. Чем выше частота пульсации, тем меньше вызываемое ею напряжение на конденсаторе, поэтому при расчете суммарного коэффициента пульсации введены весовые коэффициенты, причем за базовую частоту пульсации принята вторая гармоника сети:

Коэффициенты пульсации являются вероятностными величинами, которые зависят не только от амплитуд обратной и нулевой последовательностей токов, но и от случайных фазовых соотношений. Нами построена расчетная схема, позволяющая выявлять максимальные значения коэффициентов пульсации. В таблице 2 приведены максимальные коэффициенты пульсации тока

i₀₁ (или i₀₂) при предельной асимметрии сети, допускаемой ГОСТ 13109-97 (коэффициенты обратной и нулевой последовательности К_об = 4%, К = 4%), в трех различных режимах задания токов Виенна-выпрямителя:

• режим 1 — величина сетевого тока фазы пропорциональна величине фазного напряжения;
• режим 2 — величины всех сетевых токов одинаковы;
• режим 3 — величина сетевого тока фазы обратно пропорциональна величине фазного напряжения.

Таблица. 2.

Пульсации напряжения в нагрузке определяет только вторая гармоника тока. При заданном коэффициенте пульсации на нагрузке k_п.н. величина конденсатора С определяется по формуле

Здесь R — сопротивление нагрузки выпрямителя. Амплитуда пульсации напряжения на нагрузке равна Δ U

n = k_UU_фk_{п. н}.

Тогда в симметричном режиме амплитуда пульсации напряжения на конденсаторе C 1 (или C2) частотой 3f_сети равна

Отсюда

В несимметричном режиме

Например, при U_н = 700 В и заданном k _пн < 5% при симметричном режиме ΔU_c = 31,7 В, а при максимальной асимметрии сети и осуществлении режима задания токов 2 ΔU_c = 72,8 В.

Значительные пульсации напряжений на конденсаторах C1 (или C2) не только увеличивают напряжения, прикладываемые к ключам S1-S3, но и могут неблагоприятно воздействовать на работу системы управления, включая функционирование замкнутого контура управления формированием сетевого тока. Для исключения этого необходимо увеличивать емкость конденсаторов фильтра по сравнению с выражением (4). Можно добавить, что даже при игнорировании пульсаций напряжений на конденсаторах при тех же требованиях к пульсациям в нагрузочной цепи суммарная емкость конденсаторов фильтра в Виенна-выпрямителе вдвое больше, чем в аналогичном активном выпрямителе на базе инвертора напряжения [4].

Результаты моделирования показывают, что влияние асимметричных режимов на коэффициент мощности выпрямителя пренебрежимо мало.

Управление Виенна-выпрямителем

На рис. 3 приведены временные диаграммы напряжения выпрямителя u_вАи сетевого тока i_A.

Рис. 3.

Эти диаграммы показывают, что моменты перехода тока с транзистора на диод фазы А выпрямителя однозначно связаны с моментами изменения производной сетевого тока той же фазы. Это означает, что фазный ток можно формировать, воздействуя только на данной фазы. Это свойство отличает Виенна-выпрямитель от активного выпрямителя, выполненного на базе инвертора напряжения, где подобная независимость процессов формирования фазных токов не присутствует. Поэтому устройство управления Виенна-выпрямителем может быть построено по принципу слежения за сетевым током [2]. Это позволяет для построения систем управления Виенна-выпрямителями использовать опыт, накопленный при разработке однофазных ККМ.

Однако при построении системы управления Виенна-выпрямителем необходимо учесть ряд важных факторов:

1. Управление фазами выпрямителя должно осуществляться синхронно. Это означает, что каждый из трех каналов системы управления должен быть связан с единым генератором линейно изменяющегося напряжения, который задает частоту коммутации.
2. Важно обеспечить качественную и надежную работу Виенна-выпрямителя в несимметричных режимах. Сетевой ток Виенна-выпрямителя не может содержать нулевую последовательность, которая может присутствовать в сетевом напряжении. Поэтому при формировании системы трехфазных эталонных сигналов, задающих первую гармонику сетевого тока, необходимо тем или иным способом исключить нулевую последовательность в эталонных сигналах. Возложение на следящую систему управления невыполнимой задачи формирования нулевой последовательности может привести к срывам слежения.
3. Формируемые сетевые токи при этом должны иметь минимальный сдвиг фазы относительно напряжения той же фазы, в противном случае будут наблюдаться искажения формы сетевого тока. В симметричном режиме сетевые токи должны быть синфазны фазным напряжениям.

Указанные соображения не позволяют непосредственно использовать для управления Виенна-выпрямителем комплект схем управления, разработанный для однофазных ККМ.

 

Область применения

Результаты сопоставления достоинств и недостатков Виенна-выпрямителя с другими сетевыми преобразователями с активной коррекцией коэффициента мощности представлены в таблице 3.

Меньшее напряжение на ключах Виенна-выпрямителя позволяет использовать МДП-транзисторы и работать с высокой частотой коммутации, при этом уменьшаются номиналы дросселей, улучшаются массогабаритные показатели, упрощается система управления. Однако по мере увеличения мощности преобразователя увеличиваются емкости конденсаторов фильтра и затраты на них. Поэтому область применения Виенна-выпрямителей ограничена мощностью нагрузки порядка 1-5 кВт.

Литература

1. Зиновьев Г. С. Основы силовой электроники: учебное пособие. Изд. 3-е. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004.
2. Овчинников Д. А., Костров М. Ю., Лукин А. В., Малышков Г. М. Трехфазный выпрямитель с коррекцией коэффициента мощности // Практическая силовая электроника. 2002. Вып. 6.
3. Чаплыгин Е. Е., Нгуен Хоанг Ан. Спектральное моделирование корректоров коэффициента мощности // Практическая силовая электроника. 2004. Вып. 15.
4. Чаплыгин Е. Е. Несимметричные режимы трехфазного преобразователя с коррекцией коэффициента мощности // Электричество. 2005. № 9.

Трехфазный корректор коэффициента мощности

 

Решение относится к электротехнике, в частности к силовой преобразовательной технике, и может быть использовано в системах электропитания с мощными управляемыми выпрямительными установками. Трехфазный корректор коэффициента мощности, подключенный параллельно питающей сети и выпрямительной нагрузке, состоит из двух силовых инверторных модулей, каждый из которых содержит шесть ключевых элементов, включенных по трехфазной мостовой схеме, три однофазных дросселя и накопительный конденсатор; системы управления; двух датчиков напряжения на накопительных конденсаторах и блока датчиков параметров питающей сети, содержащего три датчика фазного тока и два датчика линейного напряжения. Система управления, реализованная на DSP-контроллере, содержит блок АЦП, блок определения опорных компенсирующих токов с ПИ-регуляторами напряжений на конденсаторах, токовые ПИД-регуляторы и блок векторной широтно-импульсной модуляции. Компенсация реактивной мощности, потребляемой нагрузкой, содержащей в своем составе мощный управляемый выпрямитель, осуществляется с помощью силового инверторного модуля на ЕТО-тиристорах с обратными диодами, генерирующего в питающую сеть в противофазе реактивную составляющую тока нагрузки, а компенсация мощности искажения — с помощью силового инверторного модуля на IGВТ-транзисторах с обратными диодами, генерирующего в питающую сеть в противофазе высшие гармонические составляющие тока нагрузки. Технический результат заключается в увеличении коэффициента мощности систем электропитания с мощными управляемыми выпрямительными установками и снижении эксплуатационных расходов. 1 с.п. ф-лы, 1 илл.

Трехфазный корректор коэффициента мощности относится к электротехнике, в частности, к силовой преборазовательной технике, и может быть использован в системах питания с мощными управляемыми выпрямительными установками.

Развитие современных технологий полупроводников ведет к возрастающему количеству потребителей, содержащих в системах питания управляемые выпрямители. Такие преобразователи увеличивают значение потребляемой реактивной мощности и ухудшают форму кривой тока питающей сети, что в совокупности приводит к снижению коэффициента мощности электроприемников, содержащих их в своем составе. В системах электропитания потребление реактивной мощности приводит к дополнительным эксплуатационным затрата, а наличие высших гармонических составляющие тока по фазам питающей сети — к негативным последствиям и аварийным ситуациям.

Традиционными устройствами компенсации реактивной мощности являются нерегулируемые конденсаторные батареи (КБ) постоянной мощности и регулируемые релейные или статические тиристорные компенсаторы (СТК). Однако, для управляемых выпрямителей с изменяющейся потребляемой реактивной мощностью, постоянно включенные КБ неприемлемы, а релейные КБ и СТК при их возможности регулирования величины компенсируемой реактивной мощности имеют ряд существенных недостатков. Все емкостные компенсаторы реактивной мощности критичны к гармоническим искажениям формы тока [1].

Широко распространенным способом компенсации мощности искажения является применение пассивных фильтров (ПФ). Настроенные ПФ могут вызвать резонансные явления в системе, которые, в свою очередь, приводят к дополнительным искажениям тока и напряжения. Наличие большого количества пассивных элементов увеличивает потери в ПФ и в системе электропитания в целом. С увеличением количества компенсируемых гармоник растут массогабаритные показатели и затраты на изготовление ПФ.

Известен трехфазный компенсатор реактивной мощности [2], который содержит трехфазный трансформатор, три однофазных инвертора с системами управления, выпрямитель, три однофазных измерительных трансформатора тока, трехфазный измерительный трансформатор напряжения, три однофазных датчика реактивного тока, три датчика напряжения, три элемента сравнения и нагрузку.

Существенным недостатком данного устройства является наличие в его составе выпрямителя, питающего однофазные инверторы, который генерирует дополнительные

высшие гармоники тока в питающую сеть, что приводит к необходимости увеличения установленной мощности компенсатора.

Наиболее близким к заявленному изобретению по максимальному количеству сходных признаков и достигаемому результату является трехфазный компенсатор реактивной мощности [3], осуществляющий коррекцию коэффициента мощности трехфазной нагрузки.

Трехфазный компенсатор реактивной мощности содержит узел силовых инверторных блоков, блок датчиков параметров питающей сети, систему управления, устройство дозарядки источника реактивной мощности и источник заданного значения напряжения. Узел силовых инверторных блоков включает в себя последовательно соединенные трехфазный трансформатор, автономные инверторы напряжения, источник реактивной мощности. Система управления включает в себя блок вычисления активной и реактивной мощности, блок Вычисления переменной составляющей активной и реактивной мощности, блок вычисления заданных значений фазных токов, блок управления автономными инверторами напряжения. Блок вычисления переменных составляющих активной и реактивной мощности выполнен в виде двух устройств, каждое из которых содержит интегратор, подключенный параллельно входам сумматора, при этом вход каждого устройства является входом интегратора, а его выход-выходом сумматора.

При уменьшении коэффициента мощности, вызванного фазовым сдвигом между входным током и питающим напряжением, а также нарушением симметрии или искажением формы входного тока, происходит изменение значений сигналов токов и напряжений, поступающих на вход блока вычисления активной и реактивной мощности, соответственно, на выходе этого блока изменяются вычисленные значения активной и реактивной мощности. В блоке вычисления переменной составляющей активной и реактивной мощности с помощью интегратора и сумматора осуществляется выделение значений высших гармоник, активной и реактивной мощности. При этом из сигналов активной и реактивной мощности, поступающих на вход этого блока, с помощью интегратора вычисляется инверсное значение активной и реактивной мощности основной частоты. На выходе сумматора формируется сигнал, пропорциональный высшим гармоническим составляющим активной и реактивной мощности. По величине этих сигналов, а также значениям фазных напряжений в блоке вычисления заданных значений фазных токов формируются сигналы заданных значений фазных токов. Заданные значения фазных токов компенсатора определяются переменной составляющей активной и реактивной мощности трехфазной нагрузки, а также значениями фазных напряжений

трехфазного источника питания. Сигналы текущего и заданного значений фазных токов сравнивается в блоке управления автономными инверторами напряжения, где в зависимости от соотношения этих сигналов происходит управление автономными инверторами напряжений. Управление заключается в формировании фазных токов, которые, протекая в противофазе с индуктивной составляющей тока нагрузки, компенсируют переменные составляющие активной и реактивной мощности и тем самым осуществляют приближение фазы тока к питающему напряжению, а также симметрирование и улучшение формы потребляемого тока. Так осуществляется компенсация реактивной мощности нагрузки и повышение коэффициента мощности.

Однако высшие гармоники тока, генерируемые силовым инверторным блоком в питающую сеть, создают дополнительные потери в трехфазном трансформаторе. Эти потери могут быть причиной выхода из строя трансформатора вследствие перегрева. Протекание по обмоткам трансформатора несинусоидальных токов, вследствие поверхностного эффекта и эффекта близости, приводит к увеличению активного сопротивления обмоток трансформатора и, как следствие, к дополнительному нагреву и уменьшению срока его службы.

Кроме того, наличие общего накопителя энергии для параллельно включенных инверторных мостов приводит к возникновению контуров протекания токов нулевой последовательности, что увеличивает действующее значение фазного тока силового инверторного блока и приводит к необходимости увеличения площади сечения его токоведущих шин. Для устранения данного эффекта необходимо применять специальные алгоритмы в системе управления, которые отсутствуют в системе управления данного трехфазного компенсатора реактивной мощности.

В основу предлагаемого решения положена задача расширения технологических возможностей трехфазного корректора коэффициента мощности, а техническим результатом является повышение коэффициента мощности сильноточных электроприемников, содержащих в своем составе мощные управляемые выпрямители, за счет распределения потоков реактивной мощности и мощности искажения между отдельными его узлами, не имеющими общего накопителя энергии, и подключенными к питающей сети без использования дополнительного согласующего трансформатора.

Этот технический результат достигается тем, что в трехфазном корректоре коэффициента мощности узел силовых инверторных блоков состоит из двух силовых инверторных модулей, каждый из которых содержит шесть ключевых элементов, включенных по трехфазной мостовой схеме, три однофазных дросселя и накопительный конденсатор с датчиком напряжения, а система управления содержит блок АЦП, блок

определения опорных компенсирующих токов с ПИ-регуляторами напряжений на конденсаторах, токовые ПИД-регуляторы и блок векторной широтно-импульсной модуляции, причем выходы блока АЦП подключены к входам блока определения опорных компенсирующих токов с ПИ-регуляторами напряжений на конденсаторах, выход которого подсоединен через блок токовых ПИД-регуляторов ко входу блока векторной широтно-импульсной модуляции, являющегося конечным выходным блоком данной системы управления.

Компенсация реактивной мощности осуществляется с помощью инверторного модуля на ключевых элементах с наивысшим из всех силовых полупроводниковых приборов значением максимально допустимого тока, а компенсация мощности искажения, значение которой в системах, с управляемыми выпрямительными установками в несколько раз меньше реактивной — с помощью инверторного модуля на ключевых элементах с более низким значением максимально допустимого тока, но наивысшим значением частоты коммутации. Такое разделение по функциональному назначению между двумя инверторными модулями позволяет использовать данный компенсатор с сильноточными управляемыми выпрямительными установками, не прибегая к использованию согласующих трехфазных трансформаторов. Кроме того, не требуется дополнительных схем подзаряда накопительных конденсаторов, что существенно снижает массогабаритные показатели устройства и повышает его КПД.

Система управления двухмодульным корректором коэффициента мощности содержит блок определения опорных компенсирующих токов в соответствии с теорией мгновенных значений токов в синхронной системе dq-координат, ориентированной по вектору виртуального потока питающей сети, что позволяет использовать заявленное изобретение при некачественном напряжении питающей сети.

На чертеже представлена структурная схема трехфазного корректора коэффициента мощности.

Трехфазный корректор коэффициента мощности 1, подключенный параллельно питающей сети и выпрямительной нагрузке 2, содержащий узел силовых инверторных блоков, включающий два силовых инверторных модуля 3, 4, два накопительных конденсатора 5, 6 с датчиками напряжения 7, 8, шесть однофазных дросселей 9, 10, блок датчиков 11 параметров питающей сети, включающий в себя три датчика фазного тока и два датчика линейного напряжения, и систему управления 12. Силовые инверторные модули 3, 4 составлены по трехфазной мостовой схеме на шести ключевых элементах 13, 14, 15, 16, 17, 18 и 19, 20, 21, 22, 23, 24 соответственно.

Ключевые элементы 13, 14, 15, 16, 17, 18 силового инверторного модуля 3, компенсирующего реактивную мощность, выполнены на ЕТО-тиристорах с обратными диодами, частота коммутации которых превышает частоту коммутации запираемых GТО- и GCT-тиристоров, а их максимально допустимые параметры соответствуют аналогичным параметрам мощных однобперационных тиристоров. Ключевые элементы 19, 20, 21, 22, 23, 24 силового инверторного модуля 4, компенсирующего мощность искажений, выполнены на IGВТ-транзисторах с обратными диодами, которые обладают наивысшими значениями частоты коммутации при допустимых значениях обратного напряжении порядка 600-1700 В.

Информационные выводы датчиков 7, 8 напряжения на накопительных конденсаторах 5, 6 и блока датчиков 11 параметров питающей сети подводятся к системе управления 12 инверторными модулями 3, 4, которые через однофазные дроссели 9, 10 подключаются к сети параллельно выпрямительной нагрузке 2.

Система управления 12, реализованная на DSP-контроллере, содержит блок АЦП выходы которого подключены к входам блока определения опорных компенсирующих токов с ПИ-регуляторами напряжений на конденсаторах, выход которого подсоединен через блок токовых ПИД-регуляторов ко входу блока векторной широтно-импульсной модуляции, являющегося конечным выходным блоком данной системы управления.

Трехфазный корректор коэффициента мощности работает следующим образом.

Сигналы мгновенных значений фазных токов нагрузки и линейных напряжений питающей сети от блока датчиков 11 и датчиков 7, 8 подаются в систему управления 12 на вход блока АЦП, где оцифровываются и поступают далее в блок определения опорных компенсирующих токов, где происходит преобразование исходных дискретных значений трехфазной системы токов нагрузки и напряжений питающей сети к синхронной системе dq-координат, ориентированной по вектору виртуального потока, цифровая фильтрация токов нагрузки в dq-координатах для вычисления их активных и неактивных составляющих, определение с помощью ПИ-регуляторов значений активных составляющих тока потребляемых инверторными модулями для поддержания заданных значений напряжения на накопительных конденсаторах и вычисление значений компенсирующих токов. Полученные опорные значения компенсирующих токов поступают в блок токовых ПИД-регуляторов, где вычисляются необходимые для их формирования значения напряжений на выходе мостовых преобразователей инверторных модулей 3, 4. На основе этих значений в блоке векторной широтно-импульсной модуляции формируются управляющие сигналы ключевыми элементами 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 коммутирующими напряжения на конденсаторах 5, 6. С помощью

однофазных дросселей 9, 10 происходит выделение заданной формы фазных компенсирующих токов и фильтрация высших гармоник, кратных частоте коммутации преобразователей инверторных модулей, после чего эти токи суммируются с фазными токами выпрямительной нагрузки.

Одновременно с изменением угла управления выпрямителем и (или) параметров его цепи постоянного тока изменяются сигналы с информационных выходов блока датчиков 11, что мгновенно отслеживается системой управления 12, которая вычисляет новые значения компенсирующих токов и устанавливает соответствующие сигналы на выходе.

Таким образом, осуществляется компенсация реактивной мощности и мощности искажения нагрузки, и повышение коэффициента мощности с помощью трехфазного корректора коэффициента мощности.

Источники информации

1. Глинтерник С.Р. Тиристорные преобразователи со статическими компенсирующими устройствами. — Л: Энергоатомиздат, 1988.

2. Патент РФ №2251192, Н02J 3/18, опуб. 27.05.2005.

3. Патент РФ №2239271, Н02J 3/18, опуб. 24.10.2004.

Трехфазный корректор коэффициента мощности, содержащий узел силовых инверторных блоков, блок датчиков параметров питающей сети и систему управления, отличающийся тем что узел силовых инверторных блоков состоит из двух силовых инверторных модулей, каждый из которых содержит шесть ключевых элементов, включенных по трехфазной мостовой схеме, три однофазных дросселя и накопительный конденсатор с датчиком напряжения, а система управления содержит блок АЦП, блок определения опорных компенсирующих токов с ПИ-регуляторами напряжений на конденсаторах, токовые ПИД-регуляторы и блок векторной широтно-импульсной модуляции, причем выходы блока АЦП подключены к входам блока определения опорных компенсирующих токов с ПИ-регуляторами напряжений на конденсаторах, выход которого подсоединен через блок токовых ПИД-регуляторов ко входу блока векторной широтно-импульсной модуляции, являющегося конечным выходным блоком системы управления.

Intelligent Power and Sensing Technologies

Предстоящая выставка

Embedded World

14–16 марта 2023 г. | Нюрнберг, Германия

Присоединяйтесь к нам на Messe Nuremberg для Embedded World! Узнайте о наших интеллектуальных решениях по питанию и датчикам для автомобильного и промышленного рынков. Примите участие в нашем выступлении на форуме экспонентов и встретьтесь с нашими экспертами на стенде, чтобы обсудить, как onsemi может помочь решить ваши задачи по применению и проектированию. Посетите 9Стенд 0009 onsemi в зале 4A, № 260.

Зарегистрируйтесь

Инструменты для рекомендаций по продуктам+ ^TM

Интерактивные диаграммы портфолио

Ознакомьтесь с портфолио onsemi для SiC и Si MOSFET, IPM и IGBT. Смотрите и сравнивайте на первый взгляд электрические параметры и показатель качества с помощью интерактивных диаграмм.

Изучите PRT+ ^TM

Учитесь у экспертов

Веб-семинары по технологиям

Присоединяйтесь к нашим предстоящим веб-семинарам, организованным onsemi экспертов, чтобы узнать о новейших интеллектуальных технологиях питания и датчиков.

28 марта: Системы защиты цепи, управляемые с помощью Intelligent Power

30 марта: Блоки питания сверхвысокой плотности 300 Вт с Totem Pole PFC и встроенным драйвером GaN

Узнать больше

Представляем новое семейство E E

Устройства SiC 1700 В с лучшей в отрасли надежностью и сниженными потерями мощности

Новый Устройства SiC onsemi 1700 В усиливают превосходную производительность и строгие стандарты качества продуктов в нашем семействе EliteSiC. Устройства оптимизированы для поддержки повышенных температур, характерных для систем быстрой зарядки постоянного тока и других приложений энергетической инфраструктуры.

Откройте для себя EliteSiC

Что мы делаем

Автомобильные решения

Все решения

Бортовое зарядное устройство Тяговый инвертор Электромобиль постоянного тока Чувство В салоне Вспомогательный электромобиль Системы 48 В просмотра Бортовое зарядное устройство Тяговый инвертор Электромобиль постоянного тока Чувство В салоне Вспомогательный электромобиль Системы 48 В просмотра

Промышленные решения

Все решения

Энергетическая инфраструктура

Солнечная Власть Энергия Хранилище DC Быстрый Зарядка электромобиля

Энергетическая инфраструктура

Промышленная автоматизация

Связанный Осветительные приборы Машина Зрение Автономные мобильные роботы промышленный Водить машину Объект Управление

Промышленная автоматизация

5G и облачная мощность

Все решения

Серверная и телекоммуникационная инфраструктура

5G Радиостанция Стойка Власть Поставлять Базовая станция Основной Власть

Серверная и телекоммуникационная инфраструктура

Кто мы

Видение

Проводить технологические прорывы, устойчивое будущее.

О компании

Миссия

Мы внедряем инновации для создания интеллектуальных технологий питания и датчиков, которые решать самые сложные проблемы клиентов.

Каждый день наши сотрудники стремятся повысить ценность для заинтересованных сторон за счет высококачественные и дорогостоящие продукты и услуги.

Полное заявление

Еще для изучения

Карьера

#TransformYourFuture

Присоединяйтесь к команде, где передовые интеллектуальные технологии позволяют ведущих мировых новаторов и формировать будущее.

Найдите свою команду

Связи с инвесторами

Будьте в курсе наших квартальных результатов, новостей и предстоящих событий.

Узнать больше

Трехфазное оборудование для коррекции коэффициента мощности

(903) 984-3061 | 2800 шоссе. 135 North, Kilgore, TX 75662

Steelman Industries

Искать на сайте

<< Индекс  | < Страница 12 | Page 14>

Полезные формулы

(три этапа)

Коэффициент мощности

и
Power Triangle

Voltage Constrant
Для 208 Вольт	61.31 МФД/КВАР	2,78 А/кВАр
Для 240 В	46.05 МФД/КВАР	2,41 А/кВАр
Для 480 Вольт	11,51 МФД/КВАР	1,20 А/кВАр
Для 600 Вольт	7,37 МФД/КВАР	0,96 А/кВАр

Потери мощности при передаче тока можно значительно снизить за счет улучшения коэффициента мощности. Это преимущество в основном реализуется при наличии длинных проводников к двигателям или сильно нагруженных электрических распределительных системах.