Об особенностях подхода к проектированию трехфазного трансфильтра

У классического трансформатора напряжения (или тока) в соответствии с принципом преобразования (трансформации) на его основе параметров электрической энергии (напряжения и тока) минимальное число обмоток равно двум на фазу. В соответствии с этой функциональной задачей такой трансформатор рассчитывается на двойной объем меди, занимаемый первичной и вторичной обмотками, для размещения которых в окне магнитопровода требуется соответствующий его типоразмер. Так что для такой (простейшей) разновидности трансформаторов применимо понятие «двухобмоточный». Существующий стандартный ряд магнитопроводов разработан именно под такую традиционную функциональную задачу. Заметим, что при этом дискретность в типоразмерах ряда магнитопроводов, которая количественно определяется габаритной мощностью трансформатора, например, для трансформаторов малой мощности (до 1000 ВА) может составлять от 20% до 26% [6-8], [6-9]. С учетом этого фактора при использовании магнитопроводов из стандартного ряда на практике провести в полном объеме параметрическую оптимизацию трансформаторов фактически не удается.

Трехфазный трансфильтр в данном случае (при числе каналов L=3) решает иную функциональную задачу, для решения которой требуется лишь одна обмотка на канал. Как уже выше отмечено, он попеременно работает в двух режимах: в 1-м режиме (в режиме фильтр-пробки) он оказывает заграждающее действие для определенного массива гармоник напряжения, которые по этой причине в нагрузку не попадают, и во 2-м режиме, когда при равномерном делении токов по каналам он, практически, не оказывает никакого сопротивления, а при неравномерном их делении выполняет функцию их выравнивания. С учетом этого 1-й режим является расчетным для определения числа витков обмотки трансфильтра, а 2-й режим – расчетным для определения сечения провода обмотки.

Проектирование трансфильтра может быть или системным (по сути, близким к идеальному), или вынужденным. В первом случае предполагается разработка и создание специального магнитопровода в расчете на его конкретное (под требуемое техническое задание) изготовление, а во втором случае – выбор магнитопровода из имеющегося стандартного ряда магнитопроводов. Очевидно, что во 2-м случае массогабаритные показатели трансфильтра всегда будут хуже, чем в 1-м случае из-за дискретности ряда типоразмеров. В обоих случаях есть свои особенности в подходе к процедуре проектирования. В частности в 1-м варианте проектирования целесообразно использовать специальную (пространственную) конструкцию магнитопровода, предложенную, например, в [6-11] и подходы к проектированию, изложенные в [6-10]. Здесь, однако, мы остановимся на особенностях только 2-го варианта проектирования, как в большей мере пригодного для практической реализации.

Во-первых, должна быть выполнена процедура приведения действующего значения напряжения (сложной) импульсной формы (прикладываемого к обмотке трансфильтра) к действующему значению эквивалентного напряжения синусоидальной формы. Такая процедура уже выполнялась нами ранее. Во-вторых, для того, чтобы выбрать трехфазный магнитопровод из стандартного ряда типоразмеров, необходимо однообмоточный трехфазный трансформатор в режиме трансфильтра привести к традиционному двухобмоточному трехфазному трансформатору. Для этого необходимо или расчетное значение напряжения на обмотке, или расчетное значение тока через нее уменьшить в 2 раза и по полученному на этой основе значению габаритной мощности определить требуемый типоразмер магнитопровод.

В тех случаях, когда найденное значение габаритной мощности трехфазного трансфильтра превышает максимальное располагаемые значения –1000 ВА при частоте f₂ = 50 Гц и 4000 ВА при частоте f₂ = 400 Гц , которые приведены в [6-8], [6-9], необходимо воспользоваться другой информацией – каталогами современных конкретных производителей магнитопроводов.

Выводы

1. Алгоритм ВВФ характеризуется минимально возможной частотой переключения ключевых элементов (КЭ) инвертора, равной выходной частоте f₂ , и, как следствие, минимально возможными динамическими потерями в них при интенсивности квантования выходного напряжения во времени , возрастающей с ростом канальности L. Увеличение параметра способствует лучшей фильтрации тока нагрузки.

2. Увеличение канальности преобразования до L=3 при синтезе 3ВВФ(f₂)- ТИН+3-3TF_≈ приводит к увеличению интенсивности квантования выходного фазного напряжения по времени до (в сравнении с одноканальным вариантом это больше в 3 раза) и к снижению интенсивности его квантования по уровню до значения, равного ( где Δu – максимальная разница между уровнями квантования напряжения, которое уменьшается с ростом числа L): при L=2 =0,5, а при L=3 =0,333. Это свойство способствует значительному улучшению показателей ЭМС в сравнении с формированием напряжения при использовании в ТИН (традиционного одноканального типа) способов ШИМ, для которых этот показатель =1. В частности, показатель не только обеспечивает снижение уровня помехоизлучения, но и способствует увеличению срока службы изоляции обмоток электрических машин.

Этот факт необходимо учитывать при системном подходе к проектированию, когда имеется возможность учесть особенности и требования всех узлов и компонентов разрабатываемой системы.

3. Формирование выходного напряжения ТИН при использовании способа ВВФ в отличие от ФК способа не обеспечивает его форму, оптимизированную по минимуму коэффициента гармоник. Например, при ФК способе формирования и при той же канальности 3 коэффициент гармоник напряжения имеет значение 0,103 (или 10,3%) против 0,119 (или 11,9%) при ВВФ.

Контрольные вопросы и задания для самостоятельной работы

1. Используя временные диаграммы на рис.6-19, доказательно пояснить изменение формы фазного напряжения при обрыве нулевого провода (то есть, как из формы напряжения u_j01( t) получить форму напряжения u_j02( t)?).

2. Доказательно определить показатели качества напряжения (6-76):

– действующего его значения;

– среднего значения;

– коэффициента гармоник;

– коэффициента формы.

3. Используя информацию из временных диаграмм на рис.6-19, определить габаритную мощность трехфазного трансфильтра в долях от мощности нагрузки.

4. Описать логику формирования напряжения на обмотках трансфильтра.

6.6.7. ТИН с трехканальным преобразующим трактом и алгоритмом ВВФ на частоте ШИМ
(типа 3ВВФ(ШИМ) -ТИН+3-3TF_≈)

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться: