Анализ электромагнитных процессов в НПЧ

Электромагнитные процессы в НПЧ анализируются с помощью метода переключающих функций.

Рассмотрим в качестве примера трехфазно-трехфазный НПЧ собранный на базе нулевой схемы выпрямителя.

При анализе электромагнитных процессов определяется следующие величины:

1. – выходные напряжения в виде рядов Фурье, где j=A,B,C;

2. – выходные токи в виде рядов Фурье;

3. рассчитываются первичные токи каждого вентильного комплекта: , , ;

4. определяются сетевые токи: , , ;

5. определяется входной коэффициент мощности;

6. определяется модуляционная характеристика – зависимость амплитуды первой гармоники напряжения e₂ к выходному напряжению от глубины модуляции;

7. определяется частотная характеристика преобразователя – зависимость амплитуды первой гармоники напряжения e₂ от частоты .

Допущения при анализе электромагнитных процессов:

1. индуктивность первичной цепи , угол коммутации ;

2. предполагается, что нагрузка отвечает гипотезе фильтра низкой частоты, ток i₂ синусоидальный и определяется первой гармоникой напряжения e₂₍₁₎;

3. тиристоры идеальные, т.е. при включенном состоянии напряжение равно нулю, а при выключенном состоянии – разрыв. Включаются и выключаютсмя тиристоры мгновенно.

Каждая из фаз НПЧ может анализироваться отдельно.

Взаимное влияние преобразователей возникает лишь при определении первичного тока сети.

Рассматриваем одну фазу.

ЭДС первичной сети:

При анализе электромагнитных процессов используются методы переключающих функций и метод деформации.

Сигналы управления связаны между собой:

α – угол управления для вентилей 1, 3, 5

α’ – угол управления для вентилей 1’, 3’, 5’

F_i, F’_i – переключающая функция тока вентилей:

В НПЧ как в реверсивных преобразователях используется согласованное управление: . Исключает формирование уравнительного тока.

При синусоидальном законе управления:

Предполагается, что и функция F₁ представляется виде ряда Фурье:

Угол управления заменяют на временную функцию:

Этот шаг представляет собой применение метода деформации.

Запишем выражение для вторичного напряжения:

выражения для токов через вентили:

– угол в момент переключения тока i₂ через ноль фазовый угол нагрузки.

p – номера гармоник;

n – номера суммирования.

Гармоники, присутствующие в выходном напряжении преобразователя:

p =1, 2, 3, …;

n =0, 1, 2, ….

При арккосинусоидальном законе управления исчезают гармоники кратные основной: 3 , 5 , 7 …

При определенном соотношении частот и в спектре выходного напряжения НПЧ появляются субгармонические составляющие, частота которых меньше частоты основной гармоники.

Относительное значение гармоники:

У нулевых схем спектр оказывается более сложным:

Амплитуда первой гармоники выходного напряжения НПЧ будет определяться следующим соотношением:

E₁ – действующее значение сетевого напряжения.

I₁(x) – функция Бесселя первого порядка.

Относительное значение первой гармоники:

Модуляционная характеристика:

Для синусоидального закона управления:

При арккосинусоидальном законе управления характеристика является линейной.

При синусоидальном законе управления выход по первой гармонике примерно на 13% больше.

При арккосинусоидальном законе управления отсутствуют гармоники кратные .