Аннотация
Статья посвящена вопросам моделирования трехуровневого преобразователя частоты с фиксированной нейтралью при алгоритме широтно-импульсной модуляции с удалением выделенных гармоник. Основное внимание уделено расчету углов переключений посредством численного метода Ньютона-Рафсона для алгоритма широтно-импульсной модуляции с удалением выделенных гармоник, основанного на четвертьволновой симметрии с сохранением постоянства заданного уровня первой гармоники. Получены решения нелинейных уравнений для двух вариантов удаления гармоник: 17 и 19; 17, 19, 35 и 37. Разработанные модели рассматриваемых алгоритмов модуляции позволяют проводить исследования показателей электромагнитной совместимости трехуровневых преобразователей частоты с фиксированной нейтралью на базе различных многопульсных схем соединения с питающей сетью. Полученные спектры напряжений при двух вариантах удаления гармоник удовлетворяют требованиям международного стандарта качества электроэнергии IEC 61000-2-12. На основе анализа результатов моделирования кривых линейных напряжений и фазных токов сети в условиях главного привода прокатной клети при 18-пульсной схеме подключения показана хорошая работоспособность алгоритма широтно-импульсной модуляции с удалением выделенных гармоник.
Ключевые слова
Силовая электроника, трехуровневый преобразователь частоты, широтно-импульсная модуляция, удаление выделенных гармоник.
1. Abu-Rub H., Bayhan S., Malinowski M., Moinoddin S. Guzinski J. Medium-voltage drives: Challenges and the existing technology. IEEE Power Electronics Magazine. 2016. Vol. 3(2). P. 29–41.
2. Kouro S., Rodriguez J., Wu B., Bernet S., Perez M. Powering the future of industry: High-power adjustable speed drive topologies. IEEE Power Electronics Magazine. 2012. Vol. 18(4). P. 26–39.
3. Храмшин Т.Р., Крубцов Д.С., Корнилов Г.П. Оценка методов широтно-импульсной модуляции напряжения активных выпрямителей прокатных станов // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. 2013. №2. С. 48–52.
4. Пьей Пьо Тун. Совершенствование импульсных преобразователей в составе автономных систем электропитания электротехнических комплексов: дис. … кан. техн. наук / Пьей Пьо Тун. Санкт-Петербург, 2014. 188 с.
5. Радионов А.А., Маклаков А.С. Трехуровневый активный двунаправленный преобразователь частоты в составе реверсивных электроприводов среднего напряжения: современное состояние и способы управления // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2015. №6(542). С. 80–87.
6. Leon J.I., Kouro S., Franquelo L.G., Rodriguez J., Wu B. The essential role and the continuous evolution of modulation techniques for voltage-source inverters in the past, present, and future power electronics. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2016. Vol. 63, no. 5. P. 2688–2701.
7. Wu Bin High-power converters and AC drives. Wiley-IEEE Press, 2006. 333 p.
8. Брованов С.В. Многоуровневые полупроводниковые преобразователи частоты с емкостным делителем напряжения для автономных систем генерирования электрической энергии: дис. … д-ра техн. наук / С.В. Брованов. Новосибирск, 2012. 452 с.
9. Храмшин Т.Р., Крубцов Д.С., Корнилов Г.П. Оценка Математическая модель силовой схемы главных электроприводов прокатных станов // Электротехника: сетевой электронный научный журнал. 2014. Вып. 1., №1. С. 3–7.
10. Пронин М.В., Воронцов А.Г. Силовые полностью управляемые полупроводниковые преобразователи. СПб.: Электросила, 2003. 172 с.
11. Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. Екатеринбург: УРО РАН, 2000. 654 с.
12. Ефимов А.А. Активные преобразователи в регулируемых электроприводах переменного тока: Теория, математическое моделирование, управление: дис. … д-ра техн. наук / А.А. Ефимов. Новоуральск, 2002. 426 с.
13. Радионов А.А., Маклаков А.С., Чернышев А.Д. Использование мощных электроприводов на базе активных двунаправленных преобразователей в составе промышленной Smart Grid системы // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2015. Т. 15, № 1. С. 74–81.
14. Храмшин Т.Р., Крубцов Д.С., Корнилов Г.П. Методы широтно-импульсной модуляции мощных активных выпрямителей при несимметрии напряжения // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. 2014. № 4. С. 7–13.
15. Храмшин Т.Р., Крубцов Д.С., Корнилов Г.П. Математическая модель активного выпрямителя в несимметричных режимах работы // Электротехника: сетевой электронный научный журнал. 2014. Т.1, № 2. С. 3–9.
16. Храмшин Т.Р., Абдулвелеев И.Р., Корнилов Г.П. Математическая модель силовой схемы мощного СТАТКОМа // Электротехника: сетевой электронный научный журнал. 2015. Т.2., № 1. С. 38–46.
17. Маклаков А.С., Радионов А.А. Энергоэффективное управление двунаправленным преобразователем частоты в составе электропривода ветрогенератора // Электротехника: сетевой электронный научный журнал. 2015. Т.2., № 4. С. 21–26.
18. Маклаков А.С., Радионов А.А. Исследование векторной ШИМ с различными таблицами переключения силовых ключей трехуровневого преобразователя // Электротехника: сетевой электронный научный журнал. 2015. Т.2., № 1. С. 30–37.
19. Маклаков А.С., Гасияров В.Р., Белый А.В. Энергосберегающий электропривод на базе двухзвенного преобразователя частоты с активным выпрямителем и автономным инвертором напряжения // Электротехника: сетевой электронный научный журнал. 2014. Т.1., № 1. С. 23–30.
20. Радионов А.А., Маклаков А.С. О возможности компенсации реактивной мощности в сети посредством электропривода на базе AC-DC-AC преобразователя // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2014. №2. С. 78–83.
21. Маклаков А.С., Радионов А.А. Влияние на сеть трёхфазного мостового двухуровневого активного выпрямителя напряжения при различных видах ШИМ // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. 2013. № 2. С. 40–47.
22. Маклаков А.С., Маклакова Е.А. Анализ электромагнитной совместимости 18-пульсной схемы соединения трехуровневых АВН при использовании метода ШИМ с удалением выделенных гармоник // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. 2016. Т.4, №1. С. 66-73.
23. Маклаков А.С. Имитационное моделирование главного электропривода прокатной клети толстолистового стана 5000 // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. 2014. № 3. С. 16–25.