Принципы частотного управления асинхронными двигателями

Вторая часть анализа включает в себя сравнение гармонических составляющих тока с предельно допустимым уровнем гармоник, представленным в ГОСТ 30804.3.12 – 2013 (таблица 2.1). Таблица 2.1. – Спектральный состав гармонических составляющих токаПараметрНомера гармоник35791113Значение гармонической составляющей согласно ГОСТ 30804.3.12 – 2013, %24138543Значение гармонической составляющей в системе ПЧ-АД без фильтра, %161352,43,32,2Значение гармонической составляющей в системе ПЧ-АД с фильтром, %10842,11,81,6Проведем аналогичное сравнение для гармонических составляющих напряжения (рисунок 3.12). Параметр THDдля напряжения определяется по формуле:где U(1) - действующее значение междуфазного (фазного) напряжения 1-ой гармоники (основной частоты); U(2), U(3) : U(40) - действующие значения междуфазного (фазного) напряжения высших гармоник, кратных по частоте основной гармонике (при определении коэффициента искажения синусоидальности KU стандарт предписывает учитывать гармоники только от 2-ой до 40-й и не учитывать гармоники, уровень которых менее 0,1%);Отметим, что использование активного фильтра отрицательно сказывается на искажении синусоидальности кривой напряжения, т.к. приводит к увеличению параметра THDна 4,5 %. Это может быть объяснено применением дополнительныхIGBT-транзисторов в силовой части активного фильтра. Рисунок 3.12 – Амплитуда гармоник напряжения без активного фильтра (а) и при включении в схему активного фильтра (б)Из рисунка 3.12 следует, что при активном фильтре величина нечетных гармоник подчиняется нормальному закону распределения. Кроме того, величина основной гармоники при эксплуатации активного фильтра составляет почти 50%. В то время как в системе ПЧ-АД без активного фильтра она равна 20%.Вторая часть анализа включает в себя сравнение гармонических составляющих напряжения с предельно допустимым уровнем гармоник напряжения, представленным в ГОСТ 13109-97 (таблица 2.2). Таблица 2.2 – Спектральный состав гармонических составляющих напряжения ПараметрНомера гармоник35791113Значение гармонической составляющей согласно ГОСТ 13109-97106543,53Значение гармонической составляющей в системе ПЧ-АД без фильтра131565,84,13,8Значение гармонической составляющей в системе ПЧ-АД с фильтром157,85,74,93,72,8На основании таблицы 2.2 можно сделать вывод, что без применения активного фильтра ни одна из шести анализируемых гармонических составляющих не соответствует установленным в ГОСТ нормам. При подключении активного фильтра две из шести гармоник (11 и 13) соответствует норме. Особо стоит отметить влияние на рост общей несинусоидальности пятой гармоники, которая при отсутствии фильтра почти в 2,5 раза превышает установленную норму. ЗаключениеВ ходе выполнения данной главы, в программе MatlabSimulinkбыла создана модель системы ПЧ-АД. Ее адекватность подтверждается полученной разгонной характеристикой. Проведен сравнительный анализ системы ПЧ-АД без активного фильтра и при его наличии. Для анализа гармонического состава токов и напряжений были использовано быстрое преобразование Фурье, позволяющее вычислить амплитуду определенной гармоники и получать графики относительные значения гармоник в диапазоне от 0 до 1000 Гц.без применения активного фильтра ни одна из шести анализируемых гармонических составляющих не соответствует установленным в ГОСТ нормам. В ходе спектрального анализа установлено, что при подключении шунтирущего активного фильтра две из шести гармоник напряжения (11 и 13) не превышают предельных значений согласно ГОСТ 13109-97. При его отсутствии ни одна не соответствует норме. Особо стоит отметить увеличение коэффициентанесинусоидальности пятой гармоники, которая при отсутствии фильтра почти в 2,5 раза превышает предельную величину. Проведенный спектральный анализ по току показал, что все относительные величины нечетных гармоник соответствуют ГОСТ 30804.3.12 – 2013.Таким образом, использование активного фильтра приводит к незначительному улучшению гармонических составляющих тока и напряжения при работе его в сети 0,38 В и росту потерь на 14 %. Учитывая достаточно высокую цену имеющихся моделей активных фильтров, срок их окупаемости составит более семи лет. Поэтому обоснованность внедрения шунтирующих активных фильтров может быть достигнута только при их эксплуатации в мощных энергетических установках, т.к. с ростом величины нагрузки возрастает несинусоидальность сети. Следовательно, активные фильтры должны быть использованы только при эксплуатации АД, статор которых подключается к сети 6 кВ и выше. Список использованных источниковКлючев, В.И. Теория электропривода учебник для вузов / В.И. Ключев. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1998. – 704 с.Бесекерский В.А. Теория систем автоматического управления / В.А. Бесекерский, Е.П. Попов. – Санкт-Петербург: Профессия, 2003. – 752 с.Черных И.В. «Моделирование электротехнических устройств в Matlab, SimPowerSystems и Simulink». – М.:ДМК Пресс, 2008. – 288с.Горев, А.А. Переходные процессы синхронной машины / А.А. Горев. – М.:Госэнергоиздат, 1950. – 290 с. Вольдек, А.И. Электрические машины / А.И. Вольдек. – М.: Энергия, 1978. – 311 с. Климов,В.П., Способы подавления гармониквсистемахэлектропитания / В.П. Климов, А.Д. Москалев// Практическая силовая электроника. – 2003. – №6. – С. 18-22.Фокеев, А.Е. Исследование силовых трансформаторов при несинусоидальных режимах: дис.канд.техн.наук.: 05.09.03 / Фокеев Александр Евгеньевич.– Ижевск., 2012. – 147с. Розанов, Ю. К. Основы силовой электроники / Ю.К. Розанов. – М:Энергоатомиздат, 1992. –296 с.Васютинский С.Б. Вопросы теории и расчета трансформаторов. – Ленинград: Энергия, 1970. – 432 с.Энергосберегающий асинхронный электропривод: Учебное пособие для студентов вузов / И.Я. Браславский, З.Ш. Ишматов, В.Н. Поляков; Под ред. И.Я. Браславского. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 256 с. Герман-Галкин С.Г. Проектирование мехатронных систем на ПК. – СПб.:КОРОНА-Век, 2008. – 368с.Приложение АСтруктурная схема системы автоматизированного электропривода