Transcript 07 лазарев

АНАЛИЗ СОВМЕСТИМОСТИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ С
ДВИГАТЕЛЕМ И СЕТЬЮ В ЧАСТОТНО РЕГУЛИРУЕМОМ
ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ
С.А. ЛАЗАРЕВ к.т.н., С.Н. МИГУШОВ магистр техники и технологии
НПП «ЭКРА», «Чувашский государственный университет», г.Чебоксары
Переход на питание электродвигателя от
преобразователя частоты
Применение современной силовой электроники в частотно регулируемом
электроприводе ставит вопросы:
- как улучшить электромагнитную совместимость преобразователя
частоты с силовой питающей сетью?
- как улучшить электромагнитную совместимость преобразователя
частоты с электродвигателем?
- как уменьшить содержание высших гармонических составляющих в
потребляемом преобразователем сетевом токе и напряжении в
точке его подключения? Особенно остро этот вопрос стоит
применительно к мощным электроприводам среднего напряжения
работающим в условия сетей ограниченной мощности.
Электропривод с двухуровневым инвертором
напряжения
VD1
VD3
VD5
S1
A
S3
S5
U
V
C
B
M
W
C
Двигатель
VD2
VD4
VD6
S2
S4
S6
Недостатки:
 Шести фазное выпрямление;
 Высокое значение dU/dt на выходе преобразователя;
 Большое содержание высших гармоник, как во входных,
так и в выходных напряжениях и токах.
Электропривод с трехуровневым инвертором
напряжения
Выпрямитель
Фильтр
Инвертор
Tрансформатор
A
B
C
U
V
M
W
Двигатель
Недостатки:
 Двенадцати фазное выпрямление;
 Высокое значение dU/dt на выходе преобразователя.
Многоуровневый инвертор напряжения с
многообмоточным трансформатором
R1 R2
Электропривод с многоуровневым инвертором
T1
T2
A1
A2
B1
A3
B2
C1
A4
B3
C2
Ячейка инвертора
A5
B4
C3
B5
C4
M
C5
Сравнение вариантов построения многоуровневых инверторов
Топология
инвертора
Рабочее
напряжение
ключей, В
Приведенное
число фаз
выпрямления
Входное
линейное
напряжение, В
Число вторичных
обмоток
трансформатора
THD входного
тока не более,
%
3-х уровневый
5-и уровневый
6-и уровневый
9-и уровневый
5000
1700
1700
1700
12
30
36
54
3000
6000
6300
10000
2
15
18
27
5,0
3,5
3,0
2,0
Электропривод с преобразователем частоты ЭСН
Напряжение
6кВ
Напряжение
10кВ
Структурные схемы ЭСН
Применение многоуровневого инвертора с
многообмоточным трансформатором :
 улучшает электромагнитную
совместимость преобразователя
частоты с силовой питающей
сетью;
 улучшает электромагнитную
совместимость преобразователя
частоты с электродвигателем за
счет применения многоуровневого
инвертора;
 снижает влияние высших
гармонических составляющих на
форму потребляемого сетевого
тока за счет специального
конфигурирования вторичных
обмоток трансформатора.
Электромагнитная совместимость
преобразователя частоты ЭСН
Электромагнитная совместимость преобразователя частоты с питающей сетью
Выходное
Число
линейное
ячеек
напряжение
в фазе
кВ
Пульсность
схемы
выпрямления
Количество
обмоток
специального
трансформатора
Возможные
фазовые сдвиги
вторичных обмоток
THD*
Допустимое минимальное
входного
отношение мощности к.з.
тока,
сети к мощности
% не более
преобразователя**
6,0
5
30
16
-24°, -12°, 0°,
+12°, +24°
3,5
лимитируется уровнем
провала напряжения
10,0
9
54
28
-26,7°, -20°, -13,3°, -6,7°, 0°,
+6,7°, +13,3°, +20°, +26,7°
2,0
лимитируется уровнем
провала напряжения
Электромагнитная совместимость преобразователя частоты с двигателем
Выходное
линейное
напряжение, В
Число
ячеек в
фазе
Число
уровней
фазного
напряжения
6000
10000
5
9
11
19
Число
уровней
линейного
напряжения
21
37
THD*
выходного
фазного
напряжения,
%
0,5
0,2
THD*
выходного
линейного
напряжения,
%
0,2
0,15
THD*
выходного
тока не более,
%
<5
<5
* учитывались гармоники до 40-ой включительно;
** допустимое минимальное отношение мощности к.з. сети к мощности преобразователя – такая минимальная мощность к.з. сети, при которой
искажения, вносимые преобразователем на форму напряжения, остаются в пределах нормально допустимых величин согласно ГОСТ 13109-97(2002).
Многообмоточный трансформатор ЭСН
Схемы соединения расширенный треугольник
U o.e, I o.e
UВХ
UВЫХ
1.0
IВЫХ
IВХ
0
t, ms
-1.0
0
2.5
5.0
7.5
10.0
12.5
15.0
17.5
20.0
22.5
25.0
Осциллограммы кривых тока и напряжения на входе и
выходе преобразователя частоты ЭСН
Многообмоточный трансформатор ЭСН
Схемы соединения расширенный треугольник
a1
a2
a1
a2
b1
b2
b1
b2
c1
c2
c1
c2


a2
a2
0
(6 0 - )
(6 0 - )
0
a1
120

c1
0
0
a1
b1
b2
c2
а) с отрицательным углом
c2
c1
120
0
b1

b2
б) с положительным углом
Многообмоточный трансформатор ЭСН
Коэффициенты трансформации и токи вторичных обмоток
Фазовые сдвиги и коэффициенты
трансформации вторичных обмоток
Угол
сдвига
U a1a 2
0º
1,0
1,0
±5º
0,1006
0,8452
±7,5º
0,1507
0,7654
±10º
0,2005
0,6840
±12º
0,2401
0,6180
±15º
0,2989
0,5176
±20º
0,3949
0,3473
±22,5º
0,4419
0,2611
±24º
0,4697
0,2091
I, A
U a1b1
t, s
Фазовые сдвиги токов одной из групп
вторичных обмоток трансформатора
Многообмоточный трансформатор и многоуровневый
инвертор преобразователя ЭСН
Соотношение между выходным напряжением и количеством ячеек в фазе инвертора
Номинальное
выходное
напряжение, В
Количество
ячеек в фазе
инвертора
Приведенное
число фаз
выпрямления
Требуемые углы сдвига
вторичных обмоток
трансформатора
3000
3
18
-20°, 0°, +20°
6000
5
30
-24°, -12°, 0°, +12°, +24°
6300
6
36
-25°, -15°, -5°, +5°, +15°,
+25°
10000
9
54
-26,7°, -20°, -13,3°, -6,7°, 0°,
+6,7°, +13,3°, +20°, +26,7°
Модульнаяконструкция
конструкцияЭСН
ЭСН
Модульная
Шкафтрансформатора
трансформатора
Шкаф
Трансформатор
Для улучшения электромагнитной совместимости шкаф трансформатора
преобразователя частоты ЭСН содержит:
• специальный трехфазный многообмоточный трансформатор;
• ограничители перенапряжений на стороне линии среднего напряжения.
Общее содержание гармоник THD% на входе ЭСН
Зависимость THD% для напряжения и тока на входе ЭСН от индуктивности питающей сети
Содержание гармоник на входе ЭСН
Влияние индуктивности питающей сети на гармонический состав
напряжения (а) и тока (б) в точке подключения ЭСН
Результаты исследований
Проведенные исследования на математических моделях и
многочисленные экспериментальные исследования образцов
частотно регулируемых электроприводов среднего напряжения
мощностью
от
315
до
кВт
2500
с
многоуровневыми
преобразователями частоты с 30-и и 54 пульсными схемами
выпрямления показывают,
входного
и
выходного
что
в
гармоническом
напряжения,
а
также
составе
суммарное
значение гармонических составляющих THD% полностью
соответствуют требованиям стандарта ГОСТ Р 54149-2010
«Нормы
качества
электрической
энергии
электроснабжения общего назначения».
в
системах
СПАСИБО ЗА
ВНИМАНИЕ
Докладчик:
Лазарев Сергей Александрович
канд. техн. наук, ведущий специалист отдела электропривода
НПП «ЭКРА», заведующий кафедрой САУЭП
ФГБОУ «Чувашский государственный университет»
Тел. (8352) 220-110 (доб. 1150)
(8352) 220-130 (доб. 1150) – автосекретарь
Email: [email protected]