CC BY
25
АНАЛИЗ ГАРМОНИЧЕСКОГО СОСТАВА ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ МАТРИЧНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ ФОРМИРУЕМОГО СИСТЕМОЙ УПРАВЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИИ
Федоров Сергей Витальевич старший преподаватель кафедры электроснабжения промышленных предприятий федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет» филиал в г. Кумертау Россия, Республика Башкортостан, г. Мелеуз E-mail: s. v.fedorov@inbox. ru Бондарев Андрей Владимирович канд. техн. наук, заведующий кафедрой электроснабжения промышленных предприятий федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет» филиал в г. Кумертау Россия, Республика Башкортостан, г. Мелеуз E-mail: kafedraepp@kfosu.edu.ru
ANALYSIS OF THE HARMONIC COMPOSITION OF THE OUTPUT VOLTAGE OF THE MATRIX OF THE FREQUENCY CONVERTER GENERATED BY THE SYSTEM CONTROL ON THE BASIS OF PULSE-
WIDTH MODULATION
Fedorov Sergey
senior teacher of the Department of power supply of industrial enterprises Federal state educational institution of higher professional education "of the Orenburg state
University" branch, Kumertau Russia, Republic of Bashkortostan, Meleuz
Bondarev Andrey
candidate of technical Sciences, head of Department of power supply of industrial enterprises Federal state educational institution of higher professional education "of
the Orenburg state University" branch, Kumertau Russia, Republic of Bashkortostan, Meleuz
АННОТАЦИЯ
В данной статье показан принцип формирования выходного напряжения матричного преобразователя частоты системой управления на основе широтно-импульсной модуляции. Произведен анализ гармонического состава выходного напряжения. Сделаны выводы о качестве выходного напряжения матричного преобразователя частоты.
ABSTRACT
This article shows the principle of forming of the output voltage matrix frequency Converter control system on the basis of pulse-width modulation. The analysis of the harmonic content of the output voltage. The conclusions about the quality of the output voltage of the matrix of the frequency Converter.
Ключевые слова: матричный преобразователь частоты; широтно-импульсная модуляция; спектр гармоник; гармонический состав.
Keywords: the matrix Converter frequency; pulse-width modulation; range of harmonics; harmonic composition.
В качестве объекта исследования был взят матричный преобразователь частоты (МПЧ) (рисунок 1) с однотактным подключением нагрузки к каждой
фазе и двухпроводными ключами Аа, ль, А, °ва, °вь, ^, °са, °сь, ^ [2—5].
Рисунок 1. Матричный преобразователь частоты с однотактным подключением нагрузки к каждой фазе
Анализ гармонического состава выходного напряжения МПЧ, полученного в результате широтно-импульсной модуляции (ШИМ) был произведен в программе Mathcad 14.0.
На рисунке 2 показаны графики модулирующей функции М () = г1п(<6 ^, где 6 частота выходного напряжения (на графике она равна 314,15 рад/с, что соответствует 50 Гц) и синхронизирующей пилообразной функции
/() = ш^т^т^)), где 6с частота синхронизации — 2 кГц.
-т
Рисунок 2. Графики модулирующей функции м) =81п(6) и синхронизирующей пилообразной функции ^_ агс81п(81п(бсг))
Принцип формирования выходного напряжения заключается в том, что при пересечении синхронизирующего напряжения ?(?) и модулирующей функции м(?), если при этом м(?) становится больше синхронизирующего напряжения ?), то подключается соответствующая фаза входного напряжения на нагрузку. Если при пересечении синхронизирующего напряжения ?(?) и модулирующей функции м(?), м(?) становится меньше ?), то тот ключ, который был замкнут до этого времени размыкается и напряжение, приложенное к нагрузке оказывается равным нулю. В результате выходное напряжение МПЧ имеет вид, представленный на рисунке 3.
Рисунок 3. График выходного напряжения МПЧ
На рисунках 4—6 показан спектр гармоник выходного напряжения, где А амплитуда гармоник, / — частота гармоник (Гц).
Рисунок 4. Спектр гармоник выходного напряжения частотой 50 Гц
А
Рисунок 5. Спектр гармоник выходного напряжения частотой 30 Гц
Рисунок 6. Спектр гармоник выходного напряжения частотой 10 Гц
Зависимость коэффициента гармоник кг от частоты / выходного напряжения приведена на рисунке 7.
Кт
0.£г
0.6 0.4 0.2
Рисунок 7. Зависимость коэффициента гармоник Кг от частоты/
выходного напряжения МПЧ
Анализируя гармонический состав выходного напряжения, полученного при помощи ШИМ, можно сделать следующие выводы:
1. Наличие высших гармоник в спектре генерируемого напряжения.
2. Повышение частоты несущего сигнала приводит не к исключению гармонических составляющих из спектра выходного напряжения, а к их перемещению в область более высоких частот.
Поскольку ГОСТ 13109-97 регламентирует значение суммарного коэффициента гармонических составляющих, при расчете которого учитывались только гармоники с подрядом меньше 40, то повышение частоты коммутации создает видимость улучшения гармонического состава [1]. При этом значение полного коэффициента гармоник является недопустимым для питания большинства потребителей. Наличие высших гармоник в спектре питающего напряжения приводит к ускоренному износу изоляции, нарушениям питания потребителей, что приводит к соответствующему экономическому ущербу.
Список литературы:
1. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Стандартинформ, 2006.
2. Карташов Р.П. Тиристорные преобразователи частоты с искусственной коммутацией / Р.П. Карташов, А.К. Кулиш, Э.М. Чехет. К., Изд-во Техника, 1979. — 152 с.
3. Федоров С.В., Бондарев А.В. Способы широтно-импульсной модуляции на основе сравнения синхронизирующих сигналов с сигналами модуляции матричных преобразователей частоты. Вестник ОГУ № 3 (164)/март 2014.
4. Чехет Э.М. Непосредственные преобразователи частоты для электропривода /Э.М. Чехет, В.П. Мордач, В.Н. Соболев. Киев: Думка, 1988. — 224 с.
5. Casadei D., Grandi G., Serra G., Tani A. Space vector control of matrix converters with unity input power factor and sinusoidal input/output waveforms / Proceedings of IEEEPE' 93. Vol. 7. 1993.
