Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Методы и средства регулирования переменного напряжения 11
1.1. Основные тенденции развития, классификация, терминология 11
1.2. Состояние работ по регуляторам переменного напряжения на основе трансформаторно-ключевых структур 24
Выводы 34
Глава 2. Методика исследования электромагнитных процессов в трехфазных трансформаторно-ключевых регулятоpax переменного напряжения 36
2.1. Общие положения методики исследования 36
2.2. Методика формирования уравнений мгновенных значений переменных трансформаторно-ключевых регуляторов переменного напряжения 38
2.3. Методика определения интегральных характеристик трансформаторно-ключевых регуляторов переменного напряжения 42
2.4. Математическая модель трехфазного трансформатора с нагрузкой 48
2.5. Методика анализа и основные уравнения межкоммутационных несимметричных режимов трехфазных трансформаторно-ключевых регуляторов переменного напряжения 59
2.6. Особенности анализа коммутационных процессов и их. роль в трансформаторно-тиристорных регулятоpax переменного напряжения. 70
2.7. Модель трансформаторно-тиристорного регулятора переменного напряжения для.исследования. на .ЦВМ...83
Выводы 92
Глава 3. Основные характеристики трехфазных трансформаторно-тиристорных регуляторов переменного напряжения 96
3.1. Уравнения мгновенных значений переменных при симметричной и несимметричной нагрузке 96
3.2. Алгоритмы работы и управления симметричных и несимметричных тиристорних ключей ТТТ РПН с фазовым регулированием на первичной стороне трансформатора 114
3.3. Алгоритмы работы и управления тиристоров ТТТ РПН с фазоступенчатым регулированием.на первичной стороне трансформатора 135
3.4. Интегральные характеристики трехфазных транс-форматорно-тиристорных регуляторов переменного напряжения 165
3.5. Особенности перемагничивания стали трансформа-торно-ключевых регуляторов переменного напряжения 191
3.6. Рекомендации по выбору и расчету силовой схемы ТТТ РПН 204
Выводы 207
Глава 4. Особенности построения систем управления трансформаторно-тиристорных регуляторов переменного напряжения 211
4.1. Основные требования к системам управления. ..211
4.2. Способы и устройства борьбы с насыщением стали трансформаторов при модуляции на первичной стороне 213
4.3. Способы и устройства управления преобразователями с АИМ, исключающие короткие замыкания между группами вентилей 231
4.4. Способы и устройства автоматического изменения глубины амплитудно-импульсной модуляции 238
Выводы 242
Заключение 243
Литература 249
Приложения 272
- Основные тенденции развития, классификация, терминология
- Методика формирования уравнений мгновенных значений переменных трансформаторно-ключевых регуляторов переменного напряжения
- Уравнения мгновенных значений переменных при симметричной и несимметричной нагрузке
- Основные требования к системам управления.
Основные тенденции развития, классификация, терминология
Регулирование переменного напряжения, как один из самых распространенных видов преобразования параметров электроэнергии, имеет целью обеспечение номинальных режимов работы потребителей. Оно включает в себя способ получения из напряжения сети, в общем случае нестабильного, сигнала нужного уровня и качества, несущего энергию нагрузке, а также способ изменения уровня этого сигнала в диапазоне регулирования и во времени, в соответствии с требуемым«законом. Регулирование осуществляет ИО, называемый регулятором переменного напряжения, мощности или тока [46,ЮО] , который входит в контур потребления энергии, состоящий из сети, нагрузки и вспомогательных элементов и изменяет, с целью регулирования, параметры этого контура.
Один и тот же результат регулирования может быть получен различными путями, при различных затратах материальных и трудовых ресурсов, поэтому перед разработчиками и потребителями РПН стоит задача использования оптимального, в соответствии с некоторыми критериями, варианта. Критерии, лежащие в основе выбора, зависят от конкретных условий производства и эксплуатации. Отметим наиболее общие из них.
Основным и определяющим моментом при выборе метода и схемы регулирования являются требования, предъявляемые нагрузкой. РПН широко используются в различных отраслях народного хозяйства для управления режимом таких нагрузок, как электронагревательные элементы и электропечи сопротивления [82,129] , электропривод [126,168] , источники света [37,95], электросварка [33,146] и т.п. При этом в качестве регулируемых (контролируемых) выступают как электрические (мощность, напряжение, ток), так и неэлек-трические (температура, частота вращения, световой поток) параметры.
В зависимости от области применения меняются требования, предъявляемые к ИО. К числу наиболее общих можно отнести (46, 107] диапазон регулирования, точность поддержания и величины пульсаций регулируемого параметра в этом диапазоне, а также быстродействие. Кроме этого, выделяют допустимый коэффициент несинусоидальности и уровень отдельных составляющих в спектре регулируемого напряжения и тока.
Важным фактором, характеризующим ИО, является эффективность потребления энергии ИО совместно с нагрузкой. Эффективность потребления оценивают по таким параметрам, как коэффициент мощности Ки и его компоненты (коэффициенты сдвига Кс и искажений Ки ) [iio] , КПД, коэффициент несинусоидальности напряжения питающей сети КцС при питании данного ИО.
Методика формирования уравнений мгновенных значений переменных трансформаторно-ключевых регуляторов переменного напряжения
Преобразование мгновенных значений переменных ТТК РПН, в наиболее сложном случае АИМ на первичной стороне трансформатора, определяется схемой ИО, алгоритмом управления, характером и соотношением проводимостей фаз нагрузки, уровнем отпайки, соотношением нагрузочной и намагничивающей составляющей первичного тока, конструкцией магнитной системы трансформатора. В случае неполностью управляемых ключей (тиристоров с ЕК), алгоритм работы ключей, в свою очередь, зависит не только от алгоритма управления, но и от всех ранее названных факторов.
Указанные особенности, а также большое число возможных режимов и состояний ТТК РПН с АИМ делают нетривиальной задачу математического описания модуляции мгновенных значений переменных. Общепринятый способ описания СІШ в виде таблиц выражений для временных интервалов и поддиапазонов регулирования для каждой из: переменных, в рассматриваемом случае слишком громоздок.
Удобным средством математического описания режимов устройств с переменной структурой являются переключающие функции [5l], которые часто используются для построения моделей статических преобразователей на АВМ и ЦВМ. Использование переключающих функций возможно при допущении об идеальности полупроводниковых ключей, которое во многих случаях справедливо и не вносит существенной погрешности в анализ.
Переключающие функции позволяют создать математическую модель ТТК РПН в виде суммы конечного числа выражений для каждого из возможных состояний. Уравнения каждого состояния значительно проще, чем уравнение преобразовательной системы в целом, и могут быть разрешены относительно каждой из искомых переменных. Таким образом, можно получить уравнения преобразования мгновенных значений переменных ТТК РПН справедливые для всех возможных режимов и поддиапазонов регулирования.
С целью реализации возможности наращивания математической модели по мере детализации анализа, пространство возможных состояний ТІК РПН при помощи переключающих функций следует разбить на непересекающиеся подпространства, выбрав соответствующим образом границы существования единичных значений переключающих функций.
В большинстве рассматриваемых ТТК РПН уравнения всех переменных зависят от напряжения трех фаз сети и проводимостей трех фаз нагрузки, кроме этого, распространенная на практике симметрия ИО и способа модуляции относительно каждой из фаз приводит к подобию уравнений переменных фаз. Названные особенности определяют целесообразность векторно-матричной формы записи уравне ний преобразования.
Уравнения мгновенных значений переменных при симметричной и несимметричной нагрузке
Уравнения мгновенных значений электрических и магнитных переменных ТТТ РПН могут быть сформированы по рассмотренной ранее методике. Для этого в каждой из схем ТТТ РПН выявляются возможные состояния, при помощи переключающих функций образуются непересекающиеся подпространства состояний и для каждого из них на основе полученных ранее уравнений типовых режимов формируются уравнения переменных. Учитывая значительное число рассматриваемых схем и ограниченный объем работы далее приведены уравнения только основных переменных ТТТ РПН.
Для определения влияния трехфазного трансформатора на преобразование переменных в ТТТ РПН на первом этапе анализа получим уравнения переменных при регулировании тиристорными схемами бестрансформаторных нагрузок. При формировании уравнений считаем нагрузку активной, так как анализ нагрузок с реактивными составляющими требует громоздких вычислений [126,163,16) и для определения взаимодействия трансформатора и тиристорного блока, являющегося целью данной работы, не целесообразен.
В схемах I и 2 (рис.1.4) с независимым регулированием соответственно фазных и линейных напряжений, уравнения переменных подобны, только переключающие функции и переменные имеют разные индексы. Так в схеме I напряжение нагрузки.
Основные требования к системам управления
Общие вопросы построения систем управления (СУ) вентильных преобразователей напряжения рассмотрены в работах [31,128], а особенности СУ ТТ РПН применительно к некоторым схемам в [34, 43,46,122,131,153] . Однако возрастающие требования к преобразователям переменного напряжения в части расширения их функциональных возможностей по управлению режимом различных нагрузок, унификации блоков и узлов, повышения надежности, особенно при работе на трансформатор, повышения энергетических характеристик и качества регулируемого напряжения обуславливают необходимость совершенствования СУ ТТ РПН.
Современный уровень и перспективы развития микроэлектроники позволяют реализовать практически любой алгоритм управления преобразователем при небольшой массе и стоимости СУ. Это создает условия для улучшения характеристик преобразовательной системы за счет совершенствования ее СУ. Для достижения имеющихся возможностей необходимо выбрать оптимальную структуру СУ ТТ РПН и разработать такие функциональные узлы, набор которых обеспечит реализацию всех операций по управлению..
Проведенный анализ режимов и алгоритмов работы ТТТ РПН с ИМ и АИМ позволяет определить основные требования к организации их СУ. Важнейшим условием повышения надежности преобразователей и их энергетических характеристик является предотвращение или, по крайней мере, уменьшение длительности и амплитуды бросков намагничивающего тока трансформаторов, питаемых от регулируемого напряжения. При этом методы борьбы с насыщением стали не должны нарушать основную функцию преобразователя по изменению или стабилизации выходных параметров.
Другим, не менее важным, требованием к СУ ТТТ РПН с АИМ ЕК является исключение возможности коротких замыканий по контуру тиристоров, подключенных к разным отпайкам трансформатора. Выполнение указанного требования не должно препятствовать реализации различных алгоритмов управления.
Для достижения высоких энергетических характеристик преобразователей и качества регулируемого напряжения в СУ должна быть предусмотрена возможность АИМ с автоматическим выбором регулирующей группы тиристоров при ступенчато-параллельном подключении тиристорных блоков к разным отпайкам трансформатора или автотрансформатора.
