Введение к работе
Актуальность проблещ. Непосредственные преобразователи частоты с естественной коммутацией /ЙПЧЕ/ используются в частотпоро-гулирусмых электроприводах различного назначения, электротсхиоло-гических установках, системах питания автономных сетей. Пропш-ленное применение ІШЧЕ стало возможным благодаря развитии производства мощных одпоолерацпоиннх тиристоров /ОТ/ п созданию общей теории непосредственных преобразователей частоты, изложенной в трудах Эттингера Е.Л., Завалшипа Д.А., Маевского О.А., Джюджи Л., Пелли Б., Жеглерова Г .Г., Бернштейга И.Я., Быкова Ю.М., <йіра-го Б,И. и других ученых. Наряду с високій к.п.д., обусловленным .однократным преобразованием электроэнергии, долговечностью и надежностью, относительной простотой силовой части и системі управления НГГТЕ обладают рядом недостатков. Одним из наиболее существенных янтоется значительное потреблеіше реактивной мощности из питающей сети, вследствие чего теоретически максимальное значение коэффициента полноетп не превышает 0,8436.
Существующие методи сшешпія потребляемой реактивной мощности не дают большого эффекта. Повышение коэйт»щиента мощности ШНЕ при использовании каскадных схем,. регулируемое поочередно или методом разведения зекторов, возмогло в ограниченном выхедаой частотой режиме работн преобразователей. Включение компенсирующих устройств постоянном мощности оказывается эффективным лишь при' неизменных параметрах питающей сети, нагрузки и глубины регулирования НЇЇЧЕ. Отдельныгл направление!.! повышения энергетических показателей служит применение схем искусственной коммутации на полностью управляема кличах /№Ш/.
Появление запираемых тиристоров /ЗТ/, способных коммутировать токи 1-2,5 кА при наполнениях 1-4,5 кВ, и разработка соответствующих, схемных решений позволят создать мощные компенсированные него средетвешше преобразователи частоты /ШИШ/. Преобразователи этого класса имеют минимальное потребление реактивной мощности из сети за счет применения вентильных групп /ВТ/ на ЗТ и ОТ, коммутируемых с опережающий и отстающими углами управления. Проведенные ранее исследования посвящены преобразователям малой мощности и пе охватывают всех возможных вариантов устройств, нащншер, ШІЧК с двухфазными виходами. Актуальность развития теории и создания практических схем непосредственных преобразователей частоты с высокиш энергетическими характернотшеами отмечена решениями
УІІІ конйерепціш по электроприводам переменного тока с полупроводниковыми преобразователями /І9В9 г./. Повышение тарифов на электроэнергию обостряет проблему компенсация реактивной мощности вентильных преобразователей.
Це,те работы заключается в решешш комплекса теоретических и инженерных задач, связанных с исследованием характеристик и разработкой практических схем непосредствешшх преобразователей частот^ с улучшенными энергетическими показателями.
Методика вішолнешія исследовании. Поставленные в диссертационной работе задачи решены методами гармонического анашза и теорій рядов, обг(еіі теории электрических цепей, применением эквивалентных схем, математического и физического моделирования.
Научная новизна рассматриваемых в работе вопросов состоит в . тем, что впервые глк при допущении бесконечно большого числа пульсаций, так и при коночном числе пульсации ВТ с учетом параметров сети, нагрузки и схемотехнических особенностей преобразователей исследованы первичные токи и энергетические соотношения НШК с напряжением управления синусоидальной формы и любим числом внходных (раз, работающее в стационарных рекшах. Новыми являются методика определения периода повторяемости и специализированная математическая модель 1ШЧК, учитывающие периодичность работы ВТ на ЗТ и ОТ, что позволяет применять их при анализе характеристик непосредственных преобразователей частоты других типов.'
Методом допущения бесконечно большого числа пульсаций прове
ден анализ различных способов повышения коэффициента мощности
НПЧЕ, в том числе и при включении компенсаторов с регулируемая
уровнем реактивной мощности, генерируемой в сеть. Разработан ком
бинированный способ компенсации трехгаазно-одпофазного НПЧЕ с по
мощью компенсатора на ЗТ и предложены .методы измерения реактивной
составляющей первичных токов системы "НПЧЕ - компенсатор". Пред
ложены новые схемы преобразователей на ЗТ, НїїЧК, кбшенса-
„jropoB реактивной мощности на ЗТ ж с коммутируемыми тиристорами
батареями конденсаторов, цифровые системы управления которых' по
строены на основе разработанного умножителя частоты сети.
Новизна и полезность принятых технических решений подтверждены семью авторскими свидетельствами СССР на изобретения.
Основные положения, выносимые на защиту:
I. Расчетные соотношения и кривые, полученные в результате анализа первичных токов, составляющих полной мощности и энергети-
ческих коэффтщиентов ІШЧК с бесконечрго большим числом пульсации НГ и любой фазноетыо нагрузки, работающих в стационарных ре;лтмах при напряжении управления синусоидальной формы.
-
Специализированная математическая модель НПЧК, учитывающая изменения углов коммутации ЗТ и ОТ в фунгавиг напряжения управления, параметров устройств вывода энергии, сети, нагрузки и типа работающих ВТ.
-
Установленные закономерности изменения интегральных значений первичных токов, составляющих полной мощности и энергетических коэффициентов НПЧК с конечним числом пульсаций НГ, напряжением управления сішусоицальной формы и любой фазностыо нагрузи.
-
иредлошэшгае новце силовые схемы и устройства управления НПЧК, компенсировантк ІПІЧЕ, компенсаторов реактивной мощности на ЗТ и с батареями конденсаторов, каммутпруешга тиристорами.
-
Комбинированный способ компенсации трехфазно-однофазного НПЧЕ и методы измерения реактивной составляющей первичных токов системы "НПЧЕ - компенсатор"
Практическая ценность работа состоит в развитии методов расчета характеристик непосредственных преобразователей частоты, определения теоретически возможных и достигаемых на практике показателей НПЧК, создании работоспособных схем преобразователей на ЗТ и компенсаторов разных йшов, разработке новых алгоритмов и систем управления.
Работа выполнялась в соответствии с планом научно-исследовательских работ по комплексной проблеме "Научные основы электроэнергетики" АЯ УССР /задание 1.9.6.2.3.2.4/, тематическим планом НПО "ХЭШ", го хоздоговорам Й 106 с институтом ЦЕШИШАШ, В 815 с Белорусским металлургическим заводом Л&ІЗ/, № 803 с Коммунарским металлургическим комбинатом /КМК/, Ш 470, 475 и 492 с институтом ИФВЭ.
Результаты проведенной работы использованы и внедрены в производство НПО "ХЭМЗ" при выпуске НОТЕ для завода "Электросталь" /1992 г./ и НО Д99І г./, компенсатора реактивной мощности главных приводов блюминга КМК /Ї99І-І992 гг./, прецизионных источников для питания электромагнитов УНК-І Д990-І992 гг./.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертаг ционной работы докладывались и обсуддались на:
научно-технических конференциях сотрудников ВДИИэлектро-аппарат, г. Харьков, Г985-І987 гг.;
научно-технических семинарах ОНТТТ энергетики и алектро-
технической ігеопшшенностн, г. Харьков, 1985-1990 гг.;'
- научпо-техшічсскнх сеїтішорах АН УССР "Вопросы разработки и применения .тиристорних преобразователей и импульсных устройств большой мощности", г. Харьков, IS8G-I99I гг.
Публігкащ.я. По результатам исследований, выполненных в диссертации, опубликовано 9 печатних работ, в топ числе семь авторских свидетельств СССР на изобретения.
Обьоп-работы. Диссертационная работа состоит из'введения, пяти глав, заідачєния, списка использованных источников из 104 найменованим, приложений и содерглг 13? страниц основного машинописного текста, 70 рисунков и 31 таблицу. .
