АНАЛИЗ СОВМЕСТИМОСТИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ С ДВИГАТЕЛЕМ И СЕТЬЮ В ЧАСТОТНО РЕГУЛИРУЕМОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ С.А. ЛАЗАРЕВ к.т.н., С.Н. МИГУШОВ магистр техники и технологии НПП «ЭКРА», «Чувашский государственный университет», г.Чебоксары

Переход на питание электродвигателя от преобразователя частоты Применение современной силовой электроники в частотно регулируемом электроприводе ставит вопросы: -как улучшить электромагнитную совместимость преобразователя частоты с силовой питающей сетью? -как улучшить электромагнитную совместимость преобразователя частоты с электродвигателем? -как уменьшить содержание высших гармонических составляющих в потребляемом преобразователем сетевом токе и напряжении в точке его подключения? Особенно остро этот вопрос стоит применительно к мощным электроприводам среднего напряжения работающим в условия сетей ограниченной мощности.

Электропривод с двухуровневым инвертором напряжения Недостатки: Шести фазное выпрямление; Высокое значение dU/dt на выходе преобразователя; Большое содержание высших гармоник, как во входных, так и в выходных напряжениях и токах.

Электропривод с трехуровневым инвертором напряжения Недостатки: Двенадцати фазное выпрямление; Высокое значение dU/dt на выходе преобразователя.

Многоуровневый инвертор напряжения с многообмоточным трансформатором Сравнение вариантов построения многоуровневых инверторов Топология инвертора Рабочее напряжение ключей, В Приведенное число фаз выпрямления Входное линейное напряжение, В Число вторичных обмоток трансформатора THD входного тока не более, % 3-х уровневый ,0 5-и уровневый ,5 6-и уровневый ,0 9-и уровневый ,0 Электропривод с многоуровневым инвертором Ячейка инвертора

Электропривод с преобразователем частоты ЭСН Структурные схемы ЭСН Напряжение 6 кВ Напряжение 10 кВ Применение многоуровневого инвертора с многообмоточным трансформатором : улучшает электромагнитную совместимость преобразователя частоты с силовой питающей сетью; улучшает электромагнитную совместимость преобразователя частоты с электродвигателем за счет применения многоуровневого инвертора; снижает влияние высших гармонических составляющих на форму потребляемого сетевого тока за счет специального конфигурирования вторичных обмоток трансформатора.

Электромагнитная совместимость преобразователя частоты ЭСН Выходное линейное напряжение кВ Число ячеек в фазе Пульсность схемы выпрямления Количество обмоток специального трансформатора Возможные фазовые сдвиги вторичных обмоток THD* входного тока, % не более Допустимое минимальное отношение мощности к.з. сети к мощности преобразователя** 6, °, -12°, 0°, +12°, +24° 3,5 лимитируется уровнем провала напряжения 10, ,7°, -20°, -13,3°, -6,7°, 0°, +6,7°, +13,3°, +20°, +26,7° 2,0 лимитируется уровнем провала напряжения Электромагнитная совместимость преобразователя частоты с двигателем Электромагнитная совместимость преобразователя частоты с питающей сетью * учитывались гармоники до 40-ой включительно; ** допустимое минимальное отношение мощности к.з. сети к мощности преобразователя – такая минимальная мощность к.з. сети, при которой искажения, вносимые преобразователем на форму напряжения, остаются в пределах нормально допустимых величин согласно ГОСТ (2002). Выходное линейное напряжение, В Число ячеек в фазе Число уровней фазного напряжения Число уровней линейного напряжения THD* выходного фазного напряжения, % THD* выходного линейного напряжения, % THD* выходного тока не более, % ,50,2 < ,20,15< 5

Многообмоточный трансформатор ЭСН Схемы соединения расширенный треугольник Осциллограммы кривых тока и напряжения на входе и выходе преобразователя частоты ЭСН

Многообмоточный трансформатор ЭСН Схемы соединения расширенный треугольник а) с отрицательным углом б) с положительным углом

Многообмоточный трансформатор ЭСН Коэффициенты трансформации и токи вторичных обмоток Фазовые сдвиги и коэффициенты трансформации вторичных обмоток Фазовые сдвиги токов одной из групп вторичных обмоток трансформатора Угол сдвига 0º1,0 ±5º0,10060,8452 ±7,5º0,15070,7654 ±10º0,20050,6840 ±12º0,24010,6180 ±15º0,29890,5176 ±20º0,39490,3473 ±22,5º0,44190,2611 ±24º0,46970,2091

Многообмоточный трансформатор и многоуровневый инвертор преобразователя ЭСН Соотношение между выходным напряжением и количеством ячеек в фазе инвертора Номинальное выходное напряжение, В Количество ячеек в фазе инвертора Приведенное число фаз выпрямления Требуемые углы сдвига вторичных обмоток трансформатора °, 0°, +20° °, -12°, 0°, +12°, +24° °, -15°, -5°, +5°, +15°, +25° ,7°, -20°, -13,3°, -6,7°, 0°, +6,7°, +13,3°, +20°, +26,7°

Модульная конструкция ЭСН Шкаф трансформатора Для улучшения электромагнитной совместимости шкаф трансформатора преобразователя частоты ЭСН содержит: специальный трехфазный многообмоточный трансформатор; ограничители перенапряжений на стороне линии среднего напряжения. Модульная конструкция ЭСН Шкаф трансформатора Трансформатор

Общее содержание гармоник THD% на входе ЭСН Зависимость THD% для напряжения и тока на входе ЭСН от индуктивности питающей сети

Содержание гармоник на входе ЭСН Влияние индуктивности питающей сети на гармонический состав напряжения (а) и тока (б) в точке подключения ЭСН

Результаты исследований Проведенные исследования на математических моделях и многочисленные экспериментальные исследования образцов частотно регулируемых электроприводов среднего напряжения мощностью от 315 до 2500 к Вт с многоуровневыми преобразователями частоты с 30-и и 54 пульсными схемами выпрямления показывают, что в гармоническом составе входного и выходного напряжения, а также суммарное значение гармонических составляющих THD% полностью соответствуют требованиям стандарта ГОСТ Р «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ Докладчик: Лазарев Сергей Александрович канд. техн. наук, ведущий специалист отдела электропривода НПП «ЭКРА», заведующий кафедрой САУЭП ФГБОУ «Чувашский государственный университет» Тел. (8352) (доб. 1150) (8352) (доб. 1150) – автосекретарь