CC BY
31
Преобразовательная техника
УДК 621.314.632
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЧЕТЫРЕХФАЗНОМ КОМПЕНСИРОВАННОМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ С ДВОЙНОЙ ЧАСТОТОЙ НАПРЯЖЕНИЯ НА КОНДЕНСАТОРАХ
Е.Г. Ашамо*, A.B. Беляев**
* Эфиопия, г. Арбаминч, АМУ; ** г. Челябинск, ЮУрГУ
Представлена и описана физическая модель преобразователя. Сняты осциллограммы кривых токов и напряжений преобразователя при различных режимах его работы. Проведено сравнение экспериментальных результатов с результатами, полученными аналитическим путем и с помощью моделирования в пакете Matlab/Simulink.
Теоретическое исследование электромагнитных процессов, происходящих в четырехфазном компенсированном преобразователе (КП), было рассмотрено в работах [ 1—3]. Также в пакете Matlab/Simulinlc разработана модель и осуществлено моделирование четырехфазного КП.
В данной работе ставится задача экспериментального подтверждения теоретических исследований и результатов математического моделирования.
Для достижения поставленной цели, была построена физическая модель четырехфазного КП на базе учебного лабораторного комплекса (УЖ)
«Силовая электроника» с использованием виртуального программного обеспечения. Внешний вид УЛК представлен на рис. 1.
Для построения модели (рис. 1) использовались следующие блоки УЖ:
• трехфазный источник питания переменного напряжения (400 В, 16 А);
* два преобразовательных трансформатора
Рис. 1. Схема четырехфазного КП, собранная на базе УЛК «Силовая электроника»
(первичная обмотка, соединенная в звезду с нулевым выводом - 380 В/320 В А; две вторичные полуобмотки: 0,5 А каждая / номинальные фазные напряжения 42, 73, 127 В);
• два блока диодов (2 А / 800 В, по 6 диодов);
• уравнительный реактор (2 х 0,5 А);
• блок конденсаторов (2 х 0...6Д мкФ/400 В);
• блок мультиметров;
• реостат (0...200 Ом / 0,8 А);
• индуктивная нагрузка (220/380 В; 50 Гц; 3 х 0...40 Вар);
• блок датчиков тока и напряжения (три измерительных преобразователя «ток-напряжение» ЗА/ЗВ; три измерительных преобразователя «напряжение-напряжение» 600 В / 3 В);
• коннектор (восемь аналоговых дифференциальных входов; восемь цифровых входов/выходов);
• персональный компьютер с прикладным программным обеспечением и платой NATIONAL INSTRUMENTS 777743-01.
Преобразовательная техника
Так как четырехфазная преобразовательная схема является нетрадиционной, то для преобразования трехфазной системы в четырехфазную были использованы два преобразовательных трансформатора, соединенных по схеме с использованием деления обмотки одного стержня пополам и других фаз в равносторонний зигзаг [1]. Используя данную схему, можно получить четырехфазную систему ЭДС с номинальным напряжением 127 В на каждой фазе.
Электромагнитные процессы, протекающие в четырехфазном КП при различных режимах работы, были сняты с помощью виртуального осциллографа. Полученные осциллограммы токов и напряжений представлены на рис. 2-4. На осциллограммах приняты следующие обозначения: иА, г'д -напряжение и ток фазы А питающей сети; uv, iy -напряжение и ток вентиля; ud, ц - выпрямленное напряжение и выпрямленный ток нагрузки; ис, /д -напряжение и ток коммутирующего конденсатора соответственно.
Для получения некомпенсированного режима работы, в четырехфазном КП был исключен компенсирующий контур, состоящий из уравнительного реактора и коммутирующего конденсатора. Поэтому, на рис. 2 отсутствуют кривые напряжения и тока коммутирующего конденсатора.
Так как физическая модель собрана на УЛК, имеющем малую мощность, то кривые токов и напряжений, полученные с помощью виртуального осциллографа, в большей степени совпадают с кривыми, полученными в результате теоретиче-
ских исследований четырехфазного КП при мгновенной коммутации вентилей. Кроме этого, при преобразовании трехфазной системы в четырехфазную на основании используемого УЛК, полученные напряжения на всех четырех фазах немного отличаются друг от друга, что видно по пульсациям на кривых выпрямленного напряжения. Это связано с невозможностью получения идеального соотношения витков используемых преобразовательных трансформаторов.
В свою очередь, кривые токов и напряжений, а также внешние и энергетические характеристики, снятые на установке с преобразовательным трансформатором мощностью 15 кВ А, полностью подтверждают теоретические исследования, проведенные в работах [1-3], и на математической модели в среде МайаЬ/8шш1тк.
Приведённые на рис. 2-4 осциллограммы и результаты, полученные на установке с преобразовательным трансформатором мощностью 15 кВА, позволяют сделать следующие выводы:
1. Результаты исследования физической модели полностью совпадают с результатами, полученными аналитическим путем и с помощью моделирования в среде Ма^аЬ/БтиМпк.
2. Преобразователь может работать в трех режимах: потребления реактивной мощности (рис. 2), без потребления реактивной мощности (рис. 3) и генерирования реактивной мощности (рис. 4).
3. Повторная проводимость вентилей в неуправляемом (выполненном с помощью диодов) четырехфазном КП появляется при больших значениях
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 *=5мс/дел
5-4“ 3 2-‘ : 1 0 -1 --2 -3 -4 -5-
.... Ud ...............
Id
iy=50 В/дел
Г- '4-.......I....
300 мА/дел
-г..........i..........Г
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0*=5мс/дел\
Рис. 2. Кривые токов и напряжений четырехфазного КП в некомпенсированном режиме
Ашамо Е.Г., Беляев А.В.
Экспериментальное исследование электромагнитных процессов в четырехфазном компенсированном преобразователе...
Рис. 3. Кривые токов и напряжений четырехфазного КП в компенсированном режиме
.0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 *=5мс/дел
Рис. 4. Кривые токов и напряжений четырехфазного КП в режиме перекомпенсации
Преобразовательная техника
тока нагрузки, чем в других известных схемах преобразователей с той же частотой напряжения на конденсаторе.
Литература
1. Хохлов Ю.И., Ашамо Е.Г., Беляев A.B. Исследование электромагнитных процессов в четырехфазном компенсированном преобразователе при мгновенной коммутации вентилей// Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». - 2004. - Вып. 5. -№ 4(33). - С. 79-82.
2. Хохлов Ю.И., Ашамо Е.Г., Беляев A.B. Режимы работы четырехфазного компенсированного преобразователя с двойной частотой напряжения на конденсаторах// Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». - 2004. - Вып. 5.- Ns 4(33). - С. 83-89.
3. Хохлов Ю.И., Ашамо Е.Г. Многофазные системы электроснабжения на основе четырехфазного компенсированного преобразователя// XXV Российская школа по проблемам науки и технологий, посвященная 60-летию Победы: Тезисы докладов. - Миасс: МСНТ, 2005. - С. 55.
Ашамо Еренго Габето в 1994 году окончил Донецкий Государственный Технический университет по специальности «Электроэнергетические системы и сети». Преподаватель кафедры электротехники Арбаминческого университета (Эфиопия). Аспирант кафедры «Системы электроснабжения» ЮУрГУ. Направление научной деятельности - силовая электроника.
Беляев Александр Владимирович в 2002 году окончил Южно-Уральский государственный университет. Ассистент кафедры «Системы электроснабжения» ЮУрГУ. Направление научной деятельности - силовая электроника.
