1.1 Стан і тенденції розвитку статичних перетворювачів частоти для частотно-регульованого асинхронного електроприводу

1.1 Стан і тенденції розвитку статичних перетворювачів частоти для частотно-регульованого асинхронного електроприводу

У своєму історичному розвитку статичні перетворювачі частоти (ПЧ) пройшли за період часу з початку 60-х років XX століття до теперіш­нього часу еволюцію: від автономних інверторів напруги або струму з штуч­ною комутацією [1-6] або безпосередніх перетворювачів частоти з природ­ною комутацією (циклоконверторов) [7-10] - до автономних інверторів на­пруги [5, 10-15] і струму [16] або безпосередніх перетворювачів частоти [14, 15, 17-20] з широко-імпульсною модуляцією (ІІІІМ).

Найбільш широке практичне розповсюдження при створенні ЧРАЕП в даний час отримала схема на основі автономного інвертора напруги (АІН) з ШЇМ, показана на рисунку 1.1 і що містить в своєму складі некерований (ді- одний) випрямляч НВ, фільтр, що згладжує, Ф і трифазний АІН (виконаний по трифазній мостовій схемі на шести повністю керованих силових напівп­ровідникових ключах, що шунтуються зворотними діодами). Для розсіяння енергії, що поступає від двигуна М через автономний інвертор до конденса­тора фільтру Ф при гальмуванні приводу, паралельно входу АІН підключені послідовно сполучені ключ УТ і резистор КТ гальмування.

При необхідності повернення при гальмуванні енергії приводу в трифазну промислову мережу, на відміну від попередньої схеми, ГІЧ на осно­ві АІН-ШІМ забезпечується реверсивним тиристорним перетворювачем ТИ постійного струму (рисунок 1.2, а) або активним випрямлячем АВ (рисунок 1.2, б), виконаним на швидкодіючих повністю керованих силових ключах [16].

Здійснення способу ШІМ-регулювання вихідної напруги (струмів) трифазних АІН або АВ стало можливим з появою швидкодіючих повністю керованих силових напівпровідникових ключів: силових польових транзис­торів (М08РЕТ), біполярних транзисторів з ізольованим затвором (ЮВТ) і
тиристорів, що замикаються (ОТО, ІОСТ) [45]. За рахунок застосування вка­заного способу ШІМ-регулювання вихідних струмів (напруги) трифазних АІН або АВ поліпшуються масогабарітні і вартісні показники розглянутих ПЧ і ЧРАЕП, створених на їх основі, підвищуються динамічні властивості цих ЕГІ, наближається до одиниці їх мережевий коефіцієнт потужності, а фо­рма вихідних струмів таких ПЧ - до синусоїдальної (унаслідок чого зменшу­ються пульсації електромагнітного моменту і швидкості двигуна, розширю­ється діапазон регулювання швидкості). Покращені техніко-економічні пока­зники і згадані переваги ГІЧ з ШІМ привели до масового використання ЧРА­ЕП з ШІМ в різних областях господарства і заміні на них існуючих регульо­ваних тиристорних ЕГІ постійного струму.

НВ

Ф

АІН

\ Л

-А Л Л -V

к.

Мережа.

ж

(V ф Ґ ф ф

Рисунок 1.1 - Схема силової частини нерекуперативного ПЧ

на основі АІН-ШІМ

З появою тиристорів, що замикаються, в автоматизованому ЕГІ стали також застосуватися автономні інвертори струму (АІС) з ШІМ [41, ], схема силової частини яких показана на рисунку 1.3 і містить: мережевий ЬС- фильтр, активний випрямляч струму АВС, що згладжує реактор, що зглажує, Её, трифазний АІС і вихідний ємкісний фільтр Ф. Порівнянно з схемами ПЧ на основі АІН, схема ГІЧ, виконана на основі АІС, разом з можливістю двое-
тороннього обміну енергією з живлячою мережею (рекуперацією), набли­женням мережевого коефіцієнта потужності до одиниці, а форми вихідної напруги і струмів — до синусоїдальної, створює зменшену крутизну фронтів вихідної напруги (що помітно збільшує міжремонтний термін служби елект­родвигуна в експлуатації).

У всіх розглянутих схемах ПЧ на основі АІН і АІТ, показаних на рису­нку 1.2 і рисунку 1.3, АВ або АВС служать для поліпшення електромагнітної сумісності ПЧ з трифазною промислової мережею (у тому числі - двосторон­нього обміну енергією з мережею живлення, наближення мережевих струмів за формою до синусоїдальних, а мережевого коефіцієнта потужності - до одиниці).

Рисунок 1.2 - Схеми силової частини ПЧ на основі АІН-ШІМ, в яких рекуперація здійснюється за допомогою: а - реверсивного тиристорного перетворювача постійного струму;

б - активного випрямляча

АБС АІС

Рисунок 1.3 Схема силової частини ПЧ на основі АІТ

Поряд із зазначеними хорошими технічними та енергетичними харак­теристиками, усім розглянутим вище і застосовуваним на практиці схемами АІН і АІТ з ШІМ (наведеним на рисунку 1.1 - рисунку 1.3) притаманні такі недоліки: підвищені масогабаритні показники і недостатньо висока експлуа­таційна надійність, - викликані наявністю в ланці постійного струму у цих Г1Ч реакторів або електролітичних конденсаторів великої індуктивності або ємності (які помітно збільшують небезпеку аварійних режимів, що протіка­ють в цих перетворювачах), ускладнюють безпечне (без виходу з ладу сило­вих ключів ПЧ) управління зазначеними перетворювачами при провалах ме­режевої напруги.

Подолання зазначених недоліків досягається в схемах безпосередніх перетворювачів частоти (БПЧ) [16] з ШІМ, створюваних на повністю керова­них силових ключах (М08РЕТ, ІОВТ, ОТО або ІОСТ). Дані ПЧ отримали назву «безпосередніх», оскільки їх вихідні напруги формуються безпосеред­ньо з ділянок (фрагментів) вхідних (мережевих) напруг. Великий внесок у створення і керування НІ 14 з ШІМ внесли зарубіжні вчені Джюджі Л., Пеллі Б., Вентуріні М., Алесіна А., Зьегас Ф., Хубер Л., Борожевік Д., російські

вчені Завалішин Д.А., Шрейнер Р.Т., українські вчені Чехет Е.М., Мордач В.І1, Соболев В.М.

Існуючі БПЧ з ШІМ можна розділити на три основні типи: матричні БГТЧ, дволанковий БПЧ і спрощений дволанковий БПЧ. Матричний безпосе­редній перетворювач частоти (МБПЧ) ілюструється схемою, представленою на рисунку 1.4 і запропонованою італійським вченим М.Вентуріні. У даній схемі в якості ключів з двосторонньою провідністю можуть застосовуватися керовані силові напівпровідникові ключі, з'єднані відповідно до схем, пока­заних на рисунку 1.5. Дволанковий безпосередній перетворювач частоти (ДБПЧ), запропонований Ф. Зьегасом, характеризується схемою, показаною на рисунку 1.6, і містить у своєму складі: трифазний АВ, виконаний на два­надцяти повністю керованих силових ключах (М08РЕТ, ІОВТ, ОТО або ЮСТ, що шунтуються зворотними діодами) і трифазний АІН (виконаний за трифазною мостовою схемою на тих же повністю керованих силових ключах, що шунтується зворотними діодами).

У розвиток останньої схеми Ф. Зьегасом запропонована схема спроще­ного дволанкового безпосереднього перетворювача частоти (СДБПЧ), пока­зана на рисунку 1.7 і містить у своєму складі: трифазний АІН і АВ, викона­ний на шести повністю керованих силових ключах. Підключення СДБПЧ до трифазної промислової мережі здійснюється (як і в попередніх схемах БГІЧ, наведених на рисунку 1.4 і рисунку 1.6) через мережевий фільтр Ф (викона­ний, наприклад, у вигляді ЕС- фільтра).

ЬС-фільтр МБПЧ

Рисунок 1.4 - Матричний безпосередній перетворювач частоти

з двосторонню провідністю струму

ДБПЧ

АВ

АІН

Д Ж Д А Д $

Д А Д Л Д А

ЬС - фільтр

пГ V п(л(V

X

-X-

Мережа

Д 2\ Д Л Д А

Д 2\ Д 2\ Д 2^

АВ

п[ V А V пҐ V

Рисунок 1.6 - Дволанковий безпосередній перетворювач частоти

СДБПЧ

АІН

Ф

Д Ж Д Ж

Д Л Д Л Д 2\

Мережа

Мережевий фільтр

А 2^ 4 л ' і А А 4 л \ і

і І

Рисунок 1.7 - Спрощений дволанковий безпосередній перетворювач частоти Перевагами схем МБПЧ і ДБПЧ є: можливість формування близькими за формою до синусоїдальним мережевих струмів цих перетворювачів, а та-

кож - регулювання коефіцієнта зсуву мережевих струмів (щодо мережевих напруг). До недоліків МБПЧ і ДБПЧ відносяться відносна технічна склад­ність, викликана збільшеною кількістю в них силових ключів, а також - вла­стивий їм відносно складний алгоритм керування силовими ключами [ 20, 30- 33].

Важливою перевагою СДБПЧ є технічна простота, обумовлена як зме­ншеною кількістю (рівним 12-ти) у ньому силових ключів (порівняно з МБПЧ і ДНПЧ, де кількість зазначених ключів дорівнює 18-ти), так і - помі­тно спрощеним алгоритмом управління силовими ключами АВ [19, 28]. Інше достоїнство СДБПЧ полягає в незмінно високому значенні (що дорівнює одиниці) коефіцієнта зсуву вхідних струмів (відносно вхідних напруг). На жаль до недоліків СДБПЧ відноситься форма вхідних струмів перетворюва­ча, що значно відрізняється від синусоїдальної, а також - неможливість регу­лювання мережевого коефіцієнта зсуву або потужності (на відміну від МБПЧ і ДБПЧ) [15]. Зазначені вище переваги СДБПЧ (що дозволяють зменшити масогабаритні і вартісні показники ГІЧ і створений на їх основі ЧРАЕП) при­вертають увагу фахівців до використання даного ПЧ в автоматизованому ЕП змінного струму.

1.2 Автоматичне керування частотно-регульованими асинхронними електроприводами з ШІМ

П'І'І

Реалізація автоматичного управління ЧРАЕП базується як на загальних (універсальних) принципах, притаманних усім частотно-регульованим ЕП змінного струму (незалежно від типів вживаних в них ПЧ), так і на індивіду­альних підходах, пов'язаних з особливостями конкретного типу застосовува­ного ПЧ. До найважливіших загальних принципів управління відносяться: полеорієнтовано [38] і підпорядковане [29, 107 ] регулювання і векторна ШІМ з явно вираженими модуляторами [23, 30, 34], які добре себе зарекоме- ндували на практиці і знайшли використання для більшості існуючих частот­но-регульованих ЕП з АІН-ШІМ.

При цьому полеорієнтоване керування забезпечує можливість розділь­ного регулювання магнітного потоку (або намагнічуючої складової статорно­го струму) та електромагнітного моменту (або активної складової статорного струму) асинхронного двигуна. За рахунок підлеглого регулювання досяга­ється нормовано висока якість регулювання всіх робочих координат (намаг­нічуючої та активної складових статорного струму, потокозчеплення, елект­ромагнітного моменту, швидкості і положення) двигуна, а також - ефективне обмеження максимальних (мінімальних) значень зазначених робочих коор­динат.

При векторній ШІМ управління силовими ключами ГІЧ походить від вихідних сигналів модуляторів, на входах яких порівнюються керуючий сиг­нал (прямо пропорційний заданому поточному значенню фазної вихідної на­пруги перетворювача) і високочастотний опорний сигнал пилкоподібної фо­рми. До переваг векторного ШІМ-керування з явно вираженими модулятора­ми можна віднести незмінне (завідомо задане) значення модуляційної часто­ти, в результаті чого примусово і однозначно задається робоча частота пере­микання силових ключів ПЧ з ШІМ. Недоліками векторного ШІМ-керування є відносно невисока швидкодія регулювання вихідної напруги перетворювача (обумовлена періодом опорного сигналу) і змінюваний рівень пульсацій па­раметрів режиму (струму, електромагнітного моменту) машини при варію­ванні швидкості або моменту навантаження.

Якщо векторна ШІМ, призначена для керування силовими ключами АІН - ШІМ, щодо технічно і алгоритмічно проста [14, 28], то при застосуван­ні для БПЧ (в силу модуляції вихідних фазних напруг цих перетворювачів поточними значеннями фазних мережевих напруг) вона помітно ускладню- ється [19, ЗО]. Зокрема, при управлінні силовими ключами МБПЧ від вектор­ної ШІМ додатково здійснюється коригування тривалостей формування век- ¥

торів вихідної напруги, чим виключається вплив поточних мережевих напруг

■ Щ

на згадану модуляцію вихідних напруг МБПЧ.

У разі ДБГТЧ спотворений модуляційний вплив мережевих напруг може бути виключений за рахунок адаптації комутаційних функцій АВ і АІН. В роботі [19] сформульовано критерій адаптації алгоритмів ШІМ: на інтервалі ШІМ середнє значення добутку дискретних комутаційних функцій АВ і АІН має дорівнювати добутку середніх значень цих комутаційних функцій. Век­торна стратегія широтно-імпульсного керування ДБПЧ будується на основі геометричного подання множини значень комутаційних вектор-функцій (від­повідних припустимим станам силових ключів цього перетворювача) у ви­гляді утворюючих (комутаційних) векторів і передбачає на кожному інтерва­лі ШІМ апроксимацію заданого вектора за допомогою утворюючих векторів [14, 22, 28, 33, 34]. До переваг даної стратегії векторної ШІМ слід віднести наочність, гнучкість, чітке структурування, відносну автономність етапів си­нтезу керуючих впливів і орієнтованість на реалізацію в мікропроцесорних системах управління.

В останні роки при створенні частотно-регульованих ЕП змінного струму велика увага приділяється релейним (розривним) алгоритмам керу­вання зазначеними ЕП, що реалізуються за допомогою релейно-векторної ШІМ. При цьому існує ряд різновидів даної релейно-векторної ШІМ: з регу­люванням фазних статорних струмів двигуна в струмових «трубках» [11, 35- 39], з прогнозованим регулюванням проекцій узагальненого вектора статор­ного струму в струмових «коридорах» [15, 40, 41], «трубці» [42] або колі [43], пряме (ОТС) керування моментом [44].

При всіх перерахованих (крім останнього) видах релейно-векторної ШІМ вказане релейне (розривне) керування здійснюється тільки у внутріш­ніх (струмових) контурах регулювання, тоді як у зовнішніх контурах (пото­козчеплення, швидкості, положення) - реалізується безперервне регулюван­ня. При останньому ж вигляді (Бігесі Тощие Сопігої) релейне керування здій­снюється у всіх (внутрішніх і зовнішніх) контурах регулювання ЕП, внаслі­док чого цьому виду релейно-векторної ШІМ притаманні на практиці підви­щені значення амплітуди пульсацій статорного струму (порівняно з вектор­ною ШІМ і з усіма іншими згаданими способами релейно-векторної ШІМ).

Важливі переваги всіх видів релейно-векторної ШІМ складаються у спрощенні технічної та алгоритмічної реалізації систем автоматичного керу­вання ЕП (за рахунок виключення блоку компенсації зворотних зв'язків, спрощення реалізації релейних регуляторів струму, виключення необхідності здійснення алгоритмів, що усувають згадану модуляцію вихідних фазних на­пруг для МБПЧ, ДБПЧ і СДБПЧ) і в підвищенні швидкодії відпрацювання регульованих координат приводу. Причому, з усіх відомих видів релейно- векторної ШІМ найбільш швидкодіючою (оптимальною за швидкодією) є прогнозована релейно-векторна ШІМ [15, 45].

Основна тенденція створення сучасних ЧРАЕП широкого загальнопро- мислового призначення полягає в їх виконанні без датчиків усередині і на ва­лу двигуна (що підвищує надійність, зменшує експлуатаційні витрати в об­слуговуванні, розширює область застосування ЕП на запилених, агресивних і вибухонебезпечних середовищах) [15, 23]. При цьому створення ЧРАЕП без датчиків усередині і на валу двигуна базується на застосуванні непрямого обчислення параметрів режиму АД (швидкості двигуна, модуля узагальнено­го вектора потокозчеплення ротора і гармонійних функцій від аргументу уза­гальненого вектора потокозчеплення ротора, проекцій ЕРС ротора) через фа-

ШШ І-

и

зні статорні напруги і струми двигуна. Для здійснення даного завдання слу­жать блоки ідентифікації параметрів (або спостерігачі координат) асинхрон- ної машини, що отримали до теперішнього часу глибоке теоретичне обгрун­тування і широке практичне застосування [15, 46-50].

Поряд із згаданими загальними принципами керування (властивими ЧРАЕП з усіма відомими існуючими ПЧ), застосовувані типи ПЧ справляють істотний вплив на особливості реалізації автоматичного управління. Напри­клад, істотно відрізняються один від одного алгоритми управління [22, 28, 51] силовими ключами АВ в ЧРАЕП з АІН (де на виході АВ встановлений конденсатор великої ємності) від алгоритмів керування [32] тим же АВ в ЧРАЕП з ДБПЧ (в якому даний конденсатор відсутній). Перші згадані алго­ритми застосовні тільки для ЧРАЕП з АІН і не забезпечують безпечну (без виникнення перенапруг на силових ключах АВ і АІН) комутацію силових ключів для ДБПЧ. А саме, для забезпечення зазначеного безпечного функці- онування силових ключів ДБПЧ потрібно при кожному перемиканні силових ключів АВ попередньо на короткий час (приблизно 20-50 мкс) відкрити од­ночасно гри силових ключа в одному (позитивному або негативному) полюсі інвертора (що призводить до примусового обнуления вхідного струму інвер­тора і забезпечує безструмову комутацію силових ключів АВ в ЧРАЕП з ДБПЧ) [32].

Також існують інші особливості алгоритмів керування силовими клю­чами для різних типів БПЧ з ШІМ, за допомогою яких вирішуються завдан­ня: по-перше, збільшення вихідної напруги перетворювача (до

/2 від ме­режевого) і, по-друге, безпечної комутації силових ключів цих перетворюва­чів. Рішення останнього завдання на практиці пов'язане з серйозними техні­чними труднощами, оскільки, з одного боку, необхідно забезпечити нерозри­вність індуктивних струмів навантаження на виході перетворювача, а з іншо­го - не допустити короткого замикання джерел напруг на його вході (а саме -

і ■ 'Ч

заряджених конденсаторів вхідного ЕС- фільтра).

Відомі вирішення даної проблеми на рівні модифікації силових схем БПЧ, пов'язані з введенням додаткових елементів, що обмежують в процесі комутації: швидкість наростання струмів в короткозамкнених контурах або рівень перенапруг при розривах індуктивних ланцюгів [52], або в що забез­печують «м'яку» комутацію силових ключів. Перші два способи є найбільш простими, але приводять до додаткових втрат енергії, останній - навпаки, зводить динамічні втрати практично до нуля, але значно ускладнює спосіб управління силовими ключами БГІЧ. При останньому способі реалізується «інтелектуальне» керування процесом комутації, яке полягає у визначенні напрямку струму і/або полярності напруги кожного його силового ключа та здійсненні поетапних чотирьох або трьох крокових комутацій ключів з двос- тороньою провідністю струму.

Недоліками способів поетапної комутації є затягування процесу кому­тації і зниження точності відтворення впливів завдання [26]. Для реалізації даної групи способів вимагається роздільне управління провідностями різних

. -V

напрямків ключів (що виключає, наприклад, використання схеми двосторон­нього ключа, зображеної на рисунку 1.5, г). Слід зазначити, що навіть уста­новка датчиків струмів і/або напруг на кожен ключ, не дозволяє при даному управлінні повністю позбавитися від захисних ланок (через помилки управ­ління, що неминуче виникають внаслідок неточності фіксації моментів пере­ходу струмів і напруг через нуль).

Стосовно до ДБГІЧ в даний час розроблені алгоритми узгодженого ке­рування силовими ключами АВ і інвертора на основі векторної ШІМ, що за­безпечують синусоідальність як струмів навантаження, так і мережевих струмів [19, 32]. Причому, управління силовими ключами випрямляча реалі­зує векторну ШІМ вхідних струмів, а управління силовими ключами інверто­ра - векторну ШІМ вихідних напруг. Визначення та розрахунок часів реаліза­ції ненульових утворюючих векторів АВ і АІН на інтервалі ШІМ проводить­ся за стандартними методиками з [28, 33]. Шляхом використання стратегії ШІМ, запропонованої в роботах [19], зменшуються пульсації вихідних на­пруги і струму ДБПЧ, викликані викривляючим модулюючим впливом на них поточних значень фазних мережевих напруг.

У роботі [53] запропоновано алгоритми керування силовими ключами МНПЧ, які також забезпечують векторну ШІМ вхідних струмів і векторну ШІМ вихідних напруг МБГІЧ. Таким чином важливими достоїнствами ДБПЧ і МБПЧ (реалізованими за допомогою вище описаних алгоритмів управління) є близькі за формою до синусоїдальних мережеві і вихідні струми цих ПЧ, а також - можливість регулювання (у тому числі підтримання на довільному заданому значенні) їх мережевого коефіцієнта потужності.

Серед БПЧ найбільш простими алгоритмами управління характеризу­ється УДБПЧ. У цьому перетворювачі для керування АІН використовується векторна або релейно-векторна ШІМ, а для управління АВ - відносно прос­тий алгоритм, що полягає у відкритті одного ключа в катодного групі (у фазі, в якій присутня найбільша напруга) \ одного ключа в анодному групі (у тій фазі, в якій в даний момент часу присутня найменша вхідна напруга). Однак, до теперішнього часу питання безпечної комутації силових ключів в робочих та аварійних режимах УДБПЧ поки залишаються не вивченими і мало дослі­дженими, що стримує застосування даного перетворювача в ЕП. До недолі­ків СДБПЧ відноситься (у порівнянні з ДБПЧ і МБПЧ) відрізняється від си­нусоїдальної форма вхідних фазних струмів цього перетворювача і неможли­вість допомогою АВ (що входить до складу УДБПЧ) регулювати і підтриму­вати на довільному заданому рівні значення мережевих коефіцієнтів зсуву або потужності (дані завдання покладаються в ЧРАЕП з УДБПЧ на мереже­вий фільтр).

1.3 Дослідження електромагнітної сумісності з мережею живлення для ЧРАЕП з ШІМ

Під електромагнітною сумісністю ЧРАЕП з мережею живлення розу­міють обмеження на допустимому рівні [14, 54]: по-перше, споживаних за­значеним ЕП з живильної мережі реактивної потужності (викликаної зсувом

перших гармонійних складових мережевих струмів щодо фазних мережевих

І| §

напруг) і, по-друге, - потужності спотворень (створюваної вищими гармоній­ними складовими мережевих струмів). Спільний вплив зазначених чинників звичайно оцінюється значенням мережевого коефіцієнта потужності ЕГІ [14, 15]. Також іншими важливими факторами електромагнітної сумісності з ме­режею живлення є створювані: коефіцієнти несинусоїдальності мережевої напруги, загальний коефіцієнт гармонік (ТНО) мережевого струму, рівень ін­дустріальних радіоперешкод, рівень допустимих провалів мережевої напруги і т.і.

ГІри подальшому розгляді стану досліджень електромагнітної сумісно­сті ЧРАЕП з ШІМ та промислової трифазної мережі змінного струму (часто­тою 50 Гц) обмежимося розглядом лише двох найбільш важливих аспектів даної складної проблеми [14]:

- вплив ЧРАЕП з ШІМ на промислову трифазну мережу змінного стру­му (шляхом оцінки значень мережевого коефіцієнта потужності, гармонійно­го складу мережевих струмів, загального коефіцієнта гармонік струму мере­жі);

- вплив провалів мережевої напруги на функціонування ЧРАЕП з ШІМ.

Важливість першого досліджуваного аспекту електромагнітної суміс­ності викликана значним споживанням існуючими ГІЧ з ШІМ з живильної мережі: потужності спотворень і реактивної потужності, а також широкого спектру гармонійних складових струму мережі, відмінних від основної час­тоти, які помітно збільшують втрати потужності в електропостачальних ме­режах і погіршують якість мережевої напруги, приводячи до зниження мере­жевого коефіцієнта потужності ЧРАЕГІ і генерації останнім вищих гармонік напруги і струму в мережу живлення [14]. Вибір же другого досліджуваного аспекту електромагнітної сумісності обумовлений практичною необхідністю прийняття спеціальних заходів (у вигляді спеціальних способів автоматично­го управління) для ЧРАЕП з ШІМ, без яких при провалах (зниженні менше 0,85 від його номінального значення і наступному відновленні) мережевої напруги спостерігаються надструми або перенапруження на силових ключах ПЧ, викликаючи виходи з ладу даних силових ключів і приводячи до неспра­вності ГІЧ і асинхронного ЕП в цілому [41].

Дослідженню досягаємих значень мережевого коефіцієнта потужності і гармонійного складу мережевих струмів для некерованих діодних або керо­ваних тиристорних трифазних випрямлячів (що входять до складу ПЧ на ос­нові АІН - ШІМ) присвячені роботи [3, 14, 40, 53]. Дослідження впливу ре-

І I^і ]і ^{7 І1} і'

гульованих координат (електромагнітного моменту, швидкості) ЧРАЕП з АІН - ШІМ на значення мережевого коефіцієнта потужності розглянуто в монографії [75]. В якості компенсаторів потужності спотворень і реактивної потужності для ЧРАЕП з АІН - ШІМ давно й успішно застосовуються на

практиці: блоки статичних компенсаторів, пасивні мережеві фільтри [22] і

¹ *» • ■

компенсатори реактивної потужності [16]. В останні роки в якості найбільш ефективних компенсаторів потужності спотворень і реактивної потужності для ЧРАЕП, виконаних на основі АІН-ШІМ, стали застосовуватися АВ з ШІМ або створені на їх основі активні фільтри, що забезпечують близькі до одиниці чисельні значення мережевого коефіцієнта потужності і близькі за формою до синусоїдальних вхідні (мережеві) струми ПЧ [28, 29, 32, 40, 45, 55]. У роботах [56, 57] розглянута захист від індустріальних перешкод і об­меження фронту вихідних напруг АІН-ШІМ.

Для зменшення поточних значень потужності спотворень і реактивної потужності, споживаних в ЧРАЕП на основі МБПЧ або ДБПЧ, у зазначених матричному або дволанковому БПЧ використовуються спеціальні алгоритми ШІМ- керування силовими ключами для таких перетворювачів, запропоно­вані і досліджені в роботах [19, 32]. При цьому в монографії [15] встановлено, що досягти близького до одиниці мережевого коефіцієнта потужності в ЧРАЕП з МБГІЧ, ДБПЧ або УДБПЧ неможливо без установки між мережею і

БПЧ спеціального мережевого пасивного фільтра (без якого коефіцієнт по-

•'іШжІ і -ц

тужності цих перетворювачів характеризується низькими значеннями). У

"'І

роботах закордонних фахівців розглянуті схеми таких мережевих пасивних фільтрів стосовно до ЧРАЕП на основі МБПЧ і ДБПЧ. Однак, в відомої зару­біжної або вітчизняної науково- технічній літературі до теперішнього часу не запропоновані (за винятком єдиного варіанта у вигляді трифазного мереже­вого ЕС-фільтра і не досліджені схеми ефективних пасивних фільтрів стосо­вно до ЧРАЕП, виконаному на основі УДБПЧ. Як показали проведені дисер­тантом дослідження, всі відомі (застосовувані для ЧРАЕП з іншими типами ПЧ з ШІМ) пасивні фільтри на практиці не придатні для ефективної фільт­рації вищих гармонійних складових мережевих струмів і їх наближення до синусоїдальної формою у разі застосування для ЧРАЕП з СДНПЧ.

У роботах [40, 45] досліджені режими, що виникають при провалі ме­режевої напруги в нерекуперативному (з доданими випрямлячем) і рекупера­тивному (з реверсивним тиристорним керованим випрямлячем) ЧРАЕП з АІН-ШІМ. У цих роботах запропоновано алгоритми безпечного (без виходу з ладу елементів ПЧ) управління даними ЕП при провалах мережевої напруги та здійснення АПВ зазначених ЧРАЕП з АІН - ШІМ після відновлення мере­жевої напруги, що дуже важливо на практиці для великого ряду ЕП, що фун­кціонують на необслуговуваних (без постійно присутнього оперативного пе­рсоналу) об'єктах (наприклад, насосні станції та ін.)

ЕІезважаючи на існуючу затребуваність практикою, до теперішнього часу, на жаль, залишаються мало дослідженими електромагнітні процеси, способи безпечного управління та АПВ при провалах мережевої напруги для ЧРАЕП, виконаних: з АВ на основі АІН-ШІМ або АІС-ШІМ, а також - з усі­ма відомими типами БПЧ (МБПЧ, ДБПЧ і СДБПЧ).

Зазначена обставина також стримує промислове впровадження ЧРАЕП з новими типами ПЧ в різних галузях господарства (наприклад, у комуналь­ному господарстві, гірничодобувній промисловості та ін), де на практиці час­то спостерігаються провали мережевої напруги.

іі ІІ

Перелік посилань

1. Аранчий Г.В. Тиристорные преобразователи частоты для регулируе­мых электроприводов / Г.В. Аранчий, Г.Г. Жемеров, И.И. Эпштейн. - М.: Энергия, 1968,- 128 с.

л;.

2. Бедфорд Б. Теория автономных инверторов/ Б. Бедфорд, Р. Хофт; [пер. с англ.] - М.: Энергия, 1969. - 280 с.

3. Глазенко Т.А. Полупроводниковые преобразователи частоты в электроприводах/Т.А.Глазенко, Р.Б.Гончаренко. - М.: Энергия, 1969. - 183 с.

4. Руденко В.С. Основы промышленной электроники/ В.С. Руденко, В.И.Сенько, В.В. Трифонюк. - Киев: Вища школа, 1985. - 450 с.

5. Сандлер А.С. Тиристорные инверторы с широтно-импульсной моду­ляцией / А.С. Сандлер, Ю.М.Гусяцкий. - М.: Энергия, 1968. - 96 с.

6. Сандлер А.С. Преобразователи частоты для управления асинхрон­ными двигателями / А.С. Сандлер, Р.С. Сарбатов; под ред. М.Г. Чиликина // Библиотека по автоматике. Вып. 159. - М.-Л.: Энергия, 1966. - 328 с.

7. Бернштейн И.Я. Тиристорные преобразователи частоты без звена по­стоянного тока / И.Я. Бернштейн. - М.: Энергия, 1968. - 90 с.

8. Жемеров Г.Г. Тиристорные преобразователи частоты с непосредст­венной связью / Г.Г. Жемеров. - М.: Энергия, 1977. - 270 с.

9. Тиристорные преобразователи частоты в электроприводе / А.Я. Бернштейн, Ю.М. Гусяцкий, А.В. Кудрявцев [и др.]; под ред. Р.С. Сарбатова. -М: Энергия, 1980.-328 с.

10. Фигаро Б.И. Тиристорные циклоконверторы / Б.И. Фигаро, Б.С. Го- товский, З.А. Лисс. - Минск: Наука и техника, 1973. - 296 с.

11. Бродовский В.Н. Приводы с частотно-токовым управлением/ В.Н.Бродовский, Е.С. Иванов - М.: Энергия, 1974. - 168 с.

12. Гречко Э.Н. Автономные инверторы модуляционного типа/ Э.Н. Гречко, В.Е. Тонкаль. - К.: Наук, думка, 1983. - 304 с.

13. Забродин Ю.С. Автономные тиристорные инверторы с широтно- импульеным регулированием / Ю.С. Забродин. - М.: Энергия, 1977. - 135 с.

14. Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники: учеб. пособие / Г.С. Зиновьев. - Изд. 2-е, испр. и доп. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003. - 664 с.

15. Пивняк Г.Г. Современные частотно-регулируемые асинхронные

•і»,

электроприводы с широтно-импульсной модуляцией / Г.Г. Пивняк, А.В. Волков. - Дншропетровськ: НГУ, 2006. - 470 с.

16. Волков А.В. Асинхронный электропривод на основе автономного инвертора тока с широтно-импульсной модуляцией / А.В. Волков, И.А. Ко- сенко // Техн. Електродинамша. Тем. вип.: Проблеми сучасноУ електротех­ніки. - 2008. - Ч. 1.-С. 81-86.

17. Джюджи Д. Силовые полупроводниковые преобразователи частоты / Д. Джюджи, Б. Пелли; пер. с англ. - М.: Энергоиздат, 1983. - 400 с.

18. Карташов Р.П. Тиристорные преобразователи частоты с искусст­венной коммутацией / Р.П. Карташов, А.К. Кулиш, Э.М. Чехет. - К.: Техшка, 1979. 152 с.

19. Концепция построения двухзвенных непосредственных преобразо­вателей частоты для электроприводов переменного тока / Р.Т. Шрейнер, А.А. Ефимов, А.И. Калыгин, К.Н. Корюков, И.А. Мухаматшин // Электротех­ника. - 2002. - № 12.-С. 30-39.

20. Тенденции развития матричных преобразователей для асинхронно­го электропривода / Э.М. Чехет, В.Н. Соболев, В.М. Михальский [и др.] // Проблеми автоматизованого електропривода. Теорія та практика: Вісник НТУ-ХП1. - 2005. - Вип. 45. - С. 32-37.

21. Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, ха­рактеристики, применение / П.А. Воронин - М.: Издат. дом «Додека-ХХ1», 2001.-384 с.

22. Изосимов Л.Б. Алгоритмы и системы цифрового управления элек­троприводами переменного тока / Л.Б. Изосимов, В.Ф. Козаченко // Электро­техника. - 1999. -№ 4. - С. 41-51.

23. Современное состояние и тенденции в асинхронном частотно- ре­гулируемом электроприводе (краткий аналитический обзор) / Л.Х. Дацков- ский, В.И. Роговой, В.Н. Абрамов [и др.] // Электротехника. - 1996. - № 10. - С. 18-28.

24. Флоренцев С.Н. Состояние и перспективы развития приборов

і* ••

силовой электроники на рубеже столетий / С.Н. Флоренцев // Электротехника. - 1999. - №4. - С. 2-10.

25. Хрисанов В.И. Анализ состояния и перспектив развития силовой электроники и электропривода (по материалам международной конференции ЕРЕ- РЕМС'2002) / В.И. Хрисанов, Р. Бржезинский // Электротехника. - 2003. - №6. - С. 10-15.

26. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводнико-вых систем в МаїЬаЬ 6.О/С.Г.Герман-Галкин. - С.-П.: Корона принт, 2001. - 320 с.

27. Ефимов А.А. Активные преобразователи в регулируемых электро­приводах переменного тока / А.А. Ефимов, Р.Т. Шрейнер. - Новоуральск: Изд. НГТИ, 2001.-250 с.

28. Шрейнер Р.Т. Математическое описание и алгоритмы ШИМ активных выпрямителей тока / Р.Т. Шрейнер, А.А. Ефимов, А.И. Калыгин // Электротехника. -2000. -№ 1 0.-С. 42-49.

29. Шрейнер Р.Т. Оптимальное частотное управление асинхронными электроприводами / Р.Т. Шрейнер, Ю.А. Дмитренко. - Кишинев: Штиинца. - 1982.-224 с.

30. Чехет Э.М. Непосредственные преобразователи частоты для электропривода / Чехет Э.М., Мордач В.П., Соболев В.Н.. - К.: Наук, думка, 1988.-224 с.

31. Ковач К.П. Переходные процессы в машинах переменного тока / К.П. Ковач, И. Рац. - М.: Госэнергоиздат, 1963.

32. Шрейнер Р.Т. Координатная стратегия управления непосредствен­ными преобразователями с ШИМ для электроприводов переменного тока /

Р.Т. Шрейнер, В.К. Кривовяз, А.И. Калыгин // Электротехника. - 2003. - №6. - С. 39-47.

33. Рыбкин С.Е. Широтно-импульсная модуляция трехфазных автоном­ных инверторов / С.Е. Рыбкин, Д.Б. Изосимов // Электричество. - 1997. - № 6. -С. 33-39.

■ % Л'

34. Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты / Р.Т. Шрейнер. - Екатеринбург: Изд-во УРО РАН, 2000. - 654 с.

35. Клименко Ю.М. Структуры и алгоритмы разрывного управления АЭП, унифицированные для ориентаций по векторам ^лз, Ч'т или Ч'г / Ю.М. Клименко, А.В. Садовой // Електромашинобудування та електрообладнання. - 1997.-Вип. 49.-С. 14-22.

36. Садовой А.В. Синтез релейно-векторной системы управления асинхронным электроприводом с помощью системы симметрии / А.В. Садовой, Ю.В. Сохина // Проблеми автоматизованого електропривода. Теорія та практика. - Дншродзержинськ: ДДТУ. - 2007. - С. 423-425.

37. Садовой А.В. Система оптимального релейно-векторного управле­ния асинхронным двигателем / А.В. Садовой, Ю.М. Клименко // Оптимиза­ция режимов работы систем электроприводов. - Красноярск: КрПИ, 1992. - С. 15-19.

38. Синтез алгоритмов разрывного полеориентированого управления асинхронными электроприводами / А.В. Садовой, Ю.М. Клименко, АЛ. Де- рец, Ю.В. Сохина // Проблеми автоматизованого электропривода. Теорія та практика. - Харюв: ХП1, 1994. - С. 126-129.

39. Уткин В.И. Методы импульсной модуляции напряжения с приме­нением обратной связи в электроприводах переменного тока / В.И. Уткин, Д.Б. Изосимов, В.В.Кашканов // Электричество. - 1985. - №3. - С.60-63.

40. Волков А.В. Частотно-регулируемый асинхронный электропривод с активным фильтром / А.В. Волков, В.И. Бондаренко, В.А. Волков // Пробле- ми автоматизованого електропривода. Теорія та практика: Вісник НТУ-ХПІ. - Харків. - 2008. - № 30. - С. 166-167.

41. Волков А.В. Регулирование скорости в асинхронных электроприво­дах с релейным частотно-токовым управлением / А.В. Волков // Электротех­ника. - 2005. - №1. - С. 20-39.

42. Волков А.В. Анализ электромагнитных процессов и регулирование асинхронных частотно-управляемых электроприводов с широтно- импульсной модуляцией / А.В. Волков // Электротехника. - 2002. - № 1. — С. 2-10.

43. Казачковский Н.Н. Релейный регулятор тока для векторной систе­мы регулирования скорости асинхронного двигателя / Н.Н. Казачковский, Д.В. Якупов // Електротехшка та електроенергетика. - 2006. - №1. - С. 5-10.

44. Перельмутер В.М. Системы управления тиристорными электропри­водами постоянного тока / В.М. Перельмутер, В.И. Сидоренко. - М.: Энерго- атомиздат, 1988.-304 с.

45. Волков А.В. Оптимальное по быстродействию векторное регулиро­вание статорного тока в частотно-управляемых асинхронных электроприво­дах с широтно- импульсной модуляцией / А.В. Волков // Электротехника. - 2003. -№ 12. - С. 34-42.

46. Бешта А.С. Идентификация координат асинхронного двигателя в условиях дрейфа активных сопротивлений / А.С. Бешта, А.В. Балахонцев, Е.Г. Худой // Електротехшка та електроенергетика. - 2005. - № 2. - С. 59-64.

47. Клименко Ю.М. Наблюдатели координат короткозамкнутого асин­хронного двигателя и упругого передаточного устройства / Ю.М. Клименко, А.В. Садовой, Ю.Ю. Клименко // Проблеми автоматизованого електроприво­да. Теорія та практика. - Дншродзержинськ: ДДТУ. - 2007. - С. 358-360.

48. Клименко Ю.М. Синтез и техническая реализация асинхронных электроприводов с векторным полеориентированным управлением и иден­тификацией координат / Ю.М. Клименко // Проблемы создания новых машин и технологий. - Кременчуг: КГПУ. - 1999. - Вып. 2(7). - С. 67-72.

49. Клименко Ю.М. Структурно-алгоритмический синтез наблюдате­лей координат асинхронного двигателя для систем векторного полеориенти- рованного управления / Ю.М. Клименко, Д.Ю. Поликарпов // Тезисы докла­дов 3-ей международной научно-технической конференции «Контроль и

управление в технических системах». - Винница. - 1998. - Ч. 2. - С. 488-489.

л

50. Пересада С.М. Адаптивное оценивание вектора потокосцепления асинхронного двигателя при неизвестных сопротивлениях статора и ротора / С.М. Пересада, С.Н. Ковбаса, В.С. Бовкунович // Проблеми автоматизованого електропривода. Теорія та практика: Вюник НТУ-ХП1. - Харюв. - 2008. - № 30. -С. 64-68.

51. Шрейнер Р.Т. Активный фильтр как новый элемент энергосбере­гающих систем электропривода / Р.Т. Шрейнер, А.А. Ефимов // Электричест­во. - 2000. - №3..с. 46-54.

52. Конторович М.И. Операционное исчисление и процессы в электри­ческих сетях / М.И. Конторович. - Изд. 4-е, перераб. и доп. - М.: Сов. Радио, 1975.- 320 с.

53. Чиженко И.М. Основы преобразовательной техники / И.М. Чижен- ко, В.С. Руденко, В.И. Сенько. - М.: Высш. шк., 1974. - 430 с.

54. Андриенко П.Д. Анализ электромагнитных процессов выпрями- тельно- инверторного преобразователя на математической модели / П.Д. Ан­дриенко, О.В. Немыкина // Техн. електродинамша. Тем. вип.: Силова елек- трошката енергоефектившсть. - 2004. - Ч. 1.-С. 122-125.

55. Транзисторные преобразователи с улучшенной электромагнитной совместимостью / А.К. Шидловский, А.В. Козлов, Н.С. Комаров, Г.А. Моска­ленко - К.: Наук, думка, 1993. - 272 с.

56. Полищук П.И. Электропривод переменного тока с ЮВТ- транзисторным преобразователем: электромагнитная совместимость и каче­ство электроэнергии / П.И. Полищук // Проблеми автоматизованого електро­привода. Теорія та практика. - Дншродзержинськ: ДДТУ. - 2007. - С. 403- 406.

м

57. Шаповал В.П. К проблеме электромагнитной совместимости тяго­вого ЮВ-транзисторного инвертора и асинхронного электродвигателя / В.П. Шаповал // Проблеми автоматизованого електропривода. Теорія та практика. - Дншродзержинськ: ДДТУ. - 2007. - С. 456-457.

Дата добавления: 2015-09-30