Конспект лекций по курсу “Электрический привод”, страница 60

Одно из решений указанной задачи заключается в переходе от 6-пульсных тиристорных преобразователей к 12-пульсным схемам или к системам более высокой пульсности.

6-пульсные преобразователи, например НПЧ, потребляют от генераторов токи, в которых содержатся канонические гармонические составляющие с порядковыми номерами 1, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 25 и т. д. В системах с НПЧ в токах обычно присутствуют и неканонические составляющие с низкими и промежуточными частотами. Как правило, из неосновных составляющих наибольшими являются 5 и 7 гармоники.

В 12-пульсных преобразователях в токах генераторов значительно уменьшаются или исчезают гармонические составляющие с номерами 6K±1, где K=1, 2, 3,… При этом в токах турбогенераторов основные гармонические составляющие имеют номера 1, 11, 13, 23, 25 и т. д. Действующее значение высших гармонических составляющих токов в несколько раз меньше, чем в 6-пульсных схемах.

Более кардинальное решение задачи совместимости оборудования заключается в применении активных преобразователей частоты, потребляющих от генератора синусоидальные токи, работающих с заданным коэффициентом мощности. Схема питания ГЭД с активным транзисторным преобразователем частоты каскадного типа изображена на рис.9.6.6. Преобразователь частоты содержит многообмоточный трансформатор и некоторое количество сравнительно маломощных низковольтных однофазно-однофазных преобразователей частоты. Низковольтные преобразователи соединены последовательно в каждой фазе нагрузки, соединены в звезду и образуют в совокупности мощный высоковольтный источник питания трехфазной нагрузки.

Рис.9.6.6 Схема питания ГЭД через активный ПЧ

В каждом однофазном преобразователе рис.9.6.6 имеется выпрямитель и инвертор. Инверторы работают при переменной частоте выходного тока, в том числе при низкой и нулевой частоте. Если нагрузка инверторов по току при низкой частоте значительна (что свойственно СЭД ледоколов), то значительны и пульсации входного тока инверторов и колебания напряжений на конденсаторах в звеньях постоянного напряжения. Чтобы стабилизировать напряжения на конденсаторах, выпрямители должны быть активными. Другая причина применения активных выпрямителей заключается в том, что они могут рекуперировать электроэнергию в питающую сеть при торможении двигателей.

В каждом активном однофазном выпрямителе импульсы управления транзисторами формируются в режиме ШИМ путем сравнения пилообразного опорного напряжения с напряжением управления, как изображено на рис.9.6.7. Пилообразное напряжение выпрямителей имеет повышенную частоту (4-10 кГц) для обеспечения формирования синусоидальных токов сети. При этом напряжение управления формируется системой регулирования выпрямителей, которая обеспечивает поддержание заданного выпрямленного напряжения, формирование синусоидального тока сети и заданный коэффициент мощности сети.

Рис.9.6.7 Опорные напряжения и напряжения управления активного выпрямителя и инвертора каскадного ПЧ

При формировании импульсов управления транзисторами инверторов используется несколько пилообразных опорных напряжений, смещенных по вертикали относительно оси времени, как изображено на рис.9.6.7. Каждому из последовательно включенных однофазных инверторов соответствует одно из опорных напряжений рис.9.6.7. Импульсы управления транзисторами формируются при работе инверторов в режиме ШИМ. При этом осуществляется сравнение всех опорных напряжений инверторов с одним напряжением управления в каждой фазе нагрузки. В каждый момент времени в режиме ШИМ работают не все инверторы, а только те, опорные напряжения которых пересекаются с напряжениями управления. То есть, в каждый момент времени в режиме ШИМ работает 1/6 часть инверторов. При этом существенно уменьшаются коммутационные потери энергии в транзисторных модулях и уменьшается амплитуда пульсаций напряжений и токов нагрузки.