CC BY
12
УДК 621.314
Михайленко В. В.1, Чибелю В. I.2, Орлиця Ю. П.3, Трофименко О. Р.4
1Канд. техн. наук, старший викладач кафедри теоретичноТ електротехнки, Нац/ональний технчний унiверситет УкраГни «КиТвський полiтехнiчний нститут», м. КиТв, УкраТна, E-mail:VladislavMihailenko@i.ua. 2Канд. техн. наук, доцент кафедри теоретично)' електротехшки, Нац/ональний технчний ушверситет УкраГни
«КиТвський полimехнiчний нститут», м. КиТв, УкраТна 3Студ. гр. ЕТ-21, кафедра електричних станций, Нащональний mехнiчний ушверситет УкраГни «КиТвський полтех^чний
нститут», м. КиТв, УкраТна
4Студ. гр. ТЯ-31, кафедра атомних станц/й i iнженерно'í mеплофiзики, Нацональний mехнiчний ушверситет УкраГни
«КиТвський полimехнiчний нститут», м. КиТв, УкраТна
АНАЛ1З ЕЛЕКТРОМАГН1ТНИХ ПРОЦЕС1В У ДВАНАДЦЯТИПУЛЬСНОМУ НАП1ВПРОВ1ДНИКОВОМУ ПЕРЕТВОРЮВАЧ1 З П'ЯТИЗОННИМ РЕГУЛЮВАННЯМ
ВИХ1ДНО1 НАПРУГИ
У статтi проведено аналiз електромагнтних проце^в в дванадцятипульсному напiвпровiдниковому пере-творювачi. Створено математичну модель для аналiзу електромагнтних проце^в у напiвпровiдникових пере-творювачах з широтно-мпульсним регулюванням вихiдно'i напруги. Наведено графши, що вiдображають елек-тромагттт процеси у електричних колах. При розрахунках використовувався метод багатопараметричних функцш. Навантаження мало активно-тдуктивний характер.
Ключов1 слова: електромагттт процеси, вихiднi напруга та струм, струм навантаження, метод багатопараметричних модулюючих функцш.
ВСТУП
Змша комутаторiв у нашвпровщникових пристроях дозволяюе використовувати в перетворювальних установках ланку високо! частоти з частотою переключения вентитв значно бшьшо! ввд частоти змiниоl напруги про-мислово! мереж1 [1]. У роботах [2-5] показана доцшьтсть використання структур перетворювачiв частоти (ПЧ) з однократною модулящею при побуцовi систем вторин-ного електропостачання для комплекав дагностики елек-тромехатчних пристро1в iз рiзноманiтним видом вхвдно! енергп. У данш роботi проводиться аналiз аспекту використання те! ж структури ПЧ для електромеханiчних ком -плекав iз широтно-iмпульсним регулюванням (Ш1Р) по-стшно! напруги при пятизонному керуваннi.
Метою роботи е створення математично! моделi два-надцятипульсного нашвпровщникового перетворювача з п'ятизонним регулюванням вихщно! напруги.
АНАЛ1З ЕЛЕКТРОМАГН1ТНИХ ПРОЦЕС1В
Узагальнена структурна схема нашвпровщникового перетворювача (НПП) показана на рис. 1. На структурнш
схемi позначено: СМ1 i СМ2 - блоки силових модуля-торiв фазних i лiнiйних напруг вiдповiдно; ВВ1 i ВВ2 -високочастотш випрямлячi фазних i лшшних напруг; СК - система керування i Н - навантаження, яке мае активно-шдуктивний характер . Кожний з блоков СМ мае у своему складi випрямлячi та швертори, навантажених на узгоджувальнi трансформатори.
При складант математично! моделi перетворювача з комп'ютерною орiентацiею И застосування використае-мо метод багатопараметричних модулюючих функцш [2], який передбачае попередне представлення алгорит-мiчного рiвияния перетворювача. При цьому прийме-мо так1 припущення: вхвдна енергетична мережа симет-рична i И внутрiшнiй опiр дорiвнюе нулю, транзистори i дiоди швертора випрямлено! напруги (1ВН) представля-ються вдеальними ключами, узгоджувальнi трансформатори в кожнш з зон регулювання вихщно! напруги не мають втрат, а навантаження перетворювача мае екива-лентний активно-iндуктивний характер.
Рисунок 1 - Узагальнена структурна схема НПП ©Михайленко В. В., Чибелк В. I., Орлиця Ю. П., Трофименко О. Р., 2014
Алгорштшчне рiвняння перетворювача записано у публшаци [2]:
С N=2 3
ИН(/) = -
1
Е Еип('>1 ж (¿,1 (¿,1 )у1 ()+
П=1 1 =1
N=3 3
+ Е Е и12( У,1 )Ф2 (У,1 ) 2 (У,1 )у2 ( )
п=1 у=1
(1)
де ' = 1, 2, 3 i у = 1, 2, 3 - номера фазних i лшшних напруг енергетично! мереж1 вiдповiдно; кт- коефiцieнт транс-формацп трансформаторiв; Ув1(¿,О i Ув2 (У,!) - моду-люючi функцп, як1 спiвпадають за часом з фазними i лшшними напругами; иц(/, t) i и12( у, t) - митт^ значения лiнiйних напруг; V! ^) i У2 (t) - еквiвалентнi моду-люючi впливи ВВ1 i ВВ2.; п = 1, 2, 3, ..., N- номери зон регулювання вихвдно! напруги; N - к1льк1сть 1ВН в кож-
ному СМ; УВ1(1, t) = 81§п
(
Б1П
-ф-
0 -1)2п
модулюючi функцп, як1 спiвпадають за часом з положе-ням ввдповвдних фазних напруг мережi живлення;
УВ2(У,t) =
С п (у-1)2п^
Б1П ОЬ?-ф+-------
1 6 3
- модулю-
ючi функцп, як1 спiвпадають за часом з положеням ввдпо-вiдних лшшних напруг мережi живлення;
(
и01(/, t) = Ет БШ
Ю^ -ф-
(-1)2п
Л
- митт^ значення
вхiдних фазних напруг мережi живлення,
(
и02(У, <:) = Ет ^
П ( - 1)2п
Ю1t -ф+-------
1 6 3
Л
- митгевi зна-
чення вхщних фазних напруг мереж1 живлення, Ет -амплiгудне значення фазно! напруги; ®1 = 2п/1 i ф -вщповщно кругова частота i початкова фаза напруги живлення; ^(г, t) - множина екывалентних модулюю-чих впливiв ]-х СМ, у 2 (У, t) - множина екывалентних модулюючих впливiв _|-х СМ.
Струм на навантажент перетворювача знайдемо, як ре-акцш однокон1урного КЬ-ланцюга на дю напруги ин (t)
й'н (t)
¿н(*) Я + = uн(t),
М
(2)
де Я i Ь - ввдповвдно активний опiр i iндуктивнiсть наван-таження.
Рiшения (2) вщносно струму навантаження визначимо числовим методом за допомогою функцп odesolve ма-тематичного процесора МЛТНСЛБ
¿н(:) = odesolve (t, к, р,),
(3)
де t - час; к - часовий штервал; р - шльшсть точок на часовому iнтервалi.
Дiаграми струму наваитажения в координатах вихвдно! напруги перетворювача, побудованi за (3) для п'яти-зонного регулювання представлеш на рис. 2.
Фазш струми '01 (г, t) знаходимо з виразу
101С', t) =
N=2
Е ¿н(0уБ1 (',О^О,t)Vl (г)
п=1_, (4)
к
Т
а лншт струми ¿12 (у, t) знаходимо з виразу виду
N=3
Е ¿н(:В2(у,t2(у,t)v2 )
¿12 ( у t) =
п=1
кт
(5)
Фазнi струми ¿02 (¿, t) знаходимо з сшвввдношень ¿02(1, t) = ¿12(1, t) - ¿12(3, t);
¿02(2, t) = ¿12(2, t) - ¿12(1, t);
¿02(3, t) = ¿12(3, t) - ¿12(2, t). (6)
Вхвдш фазнi струми енергетично! мереж1 у кожиiй ¿-й фазi знаходимо з виразу:
¿0(¿', :) = ¿01(¿', *) + ¿02(¿', *).
(7)
Дiаграми вхiдних фазних струмiв перетворювача в координатах напруг енергетично! мереж!, побудоваш за (7), представлеш на рисунку 3.
и, ¿><
¿¿н( 1) Цн(: )
Рисунок 2 - Д1аграми струму та напруги навантаження
%(1, ог ¿0(1,' ) __¿0(1, г) и1(1,г) к;
«и(2, г ),м ¿0(2, /) ¿0(2, г) и0(2, г) и——1—/ __ Тт^ -1-„
Рисунок 3 - Д1аграми вхщних струм1в г-х фаз мережж в координатах фазних напруг
СПИСОК Л1ТЕРАТУРИ
Таким чином, наведеш результати дослщжень пока-зують ефективнiсть подаиия математично! моделi пере-творювача вiдносно напруги навантажения, струму на-ваитажения i струмiв, що споживаються з вхщно! мереж1 узагальнюючими функцiями багатопараметричного виду. О^м наведених спiввiдношень i дааграм розроб-лена модель дозволяе аналзувати форми напруг i струмiв на виходi окремих СМ, а також !х елементах у процесi зонного регулювания вихвдно! напруги перетворювача.
Для того, щоб знайти амплiтуднi значения струшв через силовi траизистори 1ВН, достатньо проаиалiзувати струми ¿и( Р, ], г) первинних обмоток узгоджувальних трансформаторiв, котрi знаходяться в колах пропкания струмiв через силовi транзистори.
ВИСНОВКИ
У даннi роботi було виконано аналiз електромагнтт-них процеав в електричних колах з натвпроввдниковими комутаторами. Використовуючи метод багатопарамет-ричних модулюючих функцiй було знайдено струм i на-пругу навантажения, а також вхiднi струми перетворювача. У робот розвинуто метод багатопараметричних фуикцiй в частинi розробки ново! математично! моделi з багатозонним регулюваниям вихiдно! напруги та визна-чения модулюючих функцiй для аналiзу за шдсистемни-ми складовими структури електричних к1л з напiвпровiд-никовими комутаторами.
1. Макаренко М. П. Системний аналiз електромагшт-них процесiв у натвпроввдникових перетворювачах електроенергi! модуляцiйного типу / М. П Макаренко, В. I. Сенько, М. М. Юрченко - К. : НАН Укра!ни, 1ЕД, 2005. - 241 с.
2. Макаренко М. П. Аиалiз електромагнiтних процесiв у перетворювачах з багатозонним регулюваиням ви-хщно! напруги функцiями багатопараметричного виду / М. П. Макаренко, В. В. Михайленко // Техн. електродинамiка. Тем. вип. «Силова електронiка та енергоефективтсть». - 2002. - Ч. 1. - С. 19-22.
3. Макаренко Н. П. Анализ электромагнитных процессов в двенадцатипульсном преобразователе с зонным регулированием выходного напряжения / Н. П. Макаренко, В. В. Михайленко, Н. Н. Юрченко // Вестник НТУ «Харьковский политехнический институт». «Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика». - 2002. - Т. 1. - С. 233-234.
4. Макаренко М. П. Математична модель перетворю-вача трифазно! напруги в постшну напругу / М. П. Макаренко, В.В. Михайленко // Электроника и связь. - 2002. - № 14. - С. 73-75.
5. Макаренко М.П. Моделювания електромагнттних процеав у натвпровщникових перетворювачах елек-троенергп з урахуваниям параметрiв мереж! жив-лення / М. П. Макаренко, В. В. Михайленко // Техн. електродинамiка. Тем. вип. «Силова електрошка та енергоефективнiсть». - 2005. - Ч. 2. - С. 48-51.
Стаття над1йшла до редакцп 17.11.2014.
Михайленко В. В.1, Чибелис В. И.2, Орлиця Ю. П.3, Трофименко А. Р.4
1Канд. техн. наук, старший преподаватель кафедры теоретической электротехники Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт», г. Киев, Украина,
2Канд. техн. наук, доцент кафедры теоретической электротехники Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт», г. Киев, Украина
3Студ. гр. ЕТ-21, кафедра электрических станций Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт», г. Киев, Украина
4Студ. гр. ТЯ-31, кафедра атомных станций и инженерной теплофизики Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт», г. Киев, Украина
АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ В ДВЕНАДЦАТИПУЛЬСНОМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ С ПЯТИЗОННЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
В этой статье проведено анализ электромагнитных процессов в электрических цепях с полупроводниковыми коммутаторами. Создано математическую модель двенадцатипульсного преобразователя для анализа электромагнитных процессов в полупроводниковых преобразователях с широтно-импульсным регулированием выходного напряжения. Приведено графики, которые отражают электромагнитные процессы в электрических цепях. При выполнении расчетов использовался метод многопараметрических функций. Математическая модель преобразователя создана для пятизонного регулирования выходного напряжения.
Ключевые слова: электромагнитные процессы, выходные напряжение и ток, ток нагрузки, метод многопараметрических модулирующих функций.
Mihaylenko V. V.1, Chibelis V. I.2, Orlytsa Y. P.3, Trofimenko O. P.4
'Ph. D in Technical Sciences, senior teacher of the pulpit theoretical electrical engineers National technical university of the Ukraine «Kiev pollytechnic institute», city Kiev, Ukraine
2Ph. D in Technical Sciences, assistant professor of the pulpit theoretical electrical engineers National technical university of the Ukraine «Kiev pollytechnic institute», city Kiev, Ukraine
3Student group ET-21, pulpit electric station National of the technical university of the Ukraine «Kiev pollytechnic institute», city Kiev, Ukraine
4Student group T YA-31, pulpit atomic station and engineering heat physicists of the National technical university Ukraine «Kiev pollytechnic institute», city Kiev, Ukraine
ANALYSIS OF THE ELECTROMAGNETIC PROCESSES IN TWELVE-POLE CONVERTER WITH FIVE-ZONE REGULATION OF THE OUTPUT VOLTAGE
This article presents the analysis of the electromagnetic processes in electric circuit with semiconductor commutator. Mathematical model with twelve pulses of the converter is created for analysis of the electromagnetic processes in semiconductor converter with width-pulse regulation of the output voltage. The graphs, which reflect the electromagnetic processes in electric circuit, are given. The calculation is performed by the method of multivariable function. The mathematical model of the converter is created for five zoned regulations of the output voltage. Using method of multivariable function, current and voltage of the load as well as input current of the converter are found. The converter load has active inductive nature. For the analysis of the converter functioning the algebraic equation for load voltage is used.
Keywords: electromagnetic processes, output voltage and current, current of the load, method of multivariable modulating function.
REFERENCES
1. Makarenko M. P., Senko V. I., Yurchenko M. M. Sistemtiy analiz electromagnitnyh procesiv u napivprovidnykovyh peretvoruvachah electroenergii modulaciynogo typu. Kyjv, National academy of the sciences of the Ukraine, Institute of electrodinamiks, 2005, 241 p.
2. Makarenko M. P. Mihaylenko V. V. Analiz electromagnitnyh procesiv u peretvoruvachah z bagatozonnym reguljuvannjam vuhidnoji naprugy funkciyamy bagatoparametruchnogo vydu, Technicheskaia e lectrodinamika. Silova electronika i energoefectivnist. Thematic vypusk, 2002, Part 1, pp. 19-22.
3. Makarenko N. P., Mihaylenko V. V., Yurchenko N. N. Analiz electromagnitnyh procesov v
dvenadcatipulsnom preobrazovatele s zonnym regulirovaniem vyhodnogo, Herald national technical «Harikovskiy pollytechnic institute». «Problems automated electrodrive. Theory and practice» Publ., Kharkov, Ukraine, 2002, Part 1, pp. 233-234.
4. Makarenko M. P., Mihaylenko V. V. Matematychna model peretvoruvacha tryfaznoj naprugy v postiyny naprugu, Electronics i svjaz, 2002, No. 14, pp. 73-75.
5. Makarenko M. P., Mihaylenko V. V. Modelyuvannya electromagnitnyh procesiv u napivprovidnykovyh peretvoruvachah electroenergii z urahuvannyam parametriv meregi guvlennya, Technicheskaia e lectrodinamika. Silova electronika i energoefectivnist. Thematic vypusk, 2005, Part 2, pp. 48-51.
