Grzegorz Grochowski - Wpływ czasów martwych na pracę przekształtników dużej mocy na przykładzie tyrystorowego falownika napięcia o mocy 1 MVA.pdf
(
2416 KB
)
Pobierz
GrzegorzGROCHOWSKI
WPŁYWCZASÓWMARTWYCHNAPRACĘ
PRZEKSZTAŁTNIKÓWDUśEJMOCYNA
PRZYKŁADZIETYRYSTOROWEGOFALOWNIKA
NAPIĘCIAOMOCY1MVA
STRESZCZENIE Wartykuleprzedstawionesąpracezwiązane
z analizą tyrystorowego falownika napięcia. Pokazany jest wpływ
czasów martwych na pracę falownika – zniekształcenie kształtu
napięcia wyjściowego i niestabilność pracy obciąŜenia szczególnie
dla małych częstotliwości. Przedstawione są róŜne sposoby
kompensacji czasów martwych. W zakończeniu przedstawione są
wynikipracymodelunapięciowegofalownikatyrystorowego.
Słowakluczowe:układytyrystorowe,czasymartwe,kompensacja
1.WSTĘP
W artykule przedstawione są prace badawcze związane zanalizą
tyrystorowegofalownikanapięciaiwpływemnajegopracęczasówmartwych.
Tegotypuprzekształtniki,głównieoduŜejmocy,sąopracowywaneibudowane
naindywidualnezamówienieklienta.MogąonesłuŜyćdonapęduwentylatorów
lub pomp. Warunkiem oferowania tych urządzeń klientom jest wyposaŜenie
wnowoczesne układy sterowania razem z systemem diagnostyki itransmisji
mgrinŜ.GrzegorzGROCHOWSKI
email:groch@wp.pl
ZakładPrzekształtnikówMocy
InstytutElektrotechniki,Warszawa
PRACEINSTYTUTUELEKTROTECHNIKI,zeszyt238,2008
136
G.Grochowski
danych. Rozwiązanie w/w zagadnień ma na celu poprawę parametrów
funkcjonalnych, dynamiki, zwiększania bezpieczeństwa obsługi i urządzenia
orazumoŜliwiajegowspółpracęznadrzędnymsystememsterowania.
2. PRZYCZYNYPOWSTANIACZASÓWMARTWYCHI
SPOSOBYICHKOMPENSACJI
Układy tyrystorowe charakteryzują się długimi czasami załączenia
orazwyłączenia łącznika. W analizie pracy przetwornicy DC/AC, stosując
modulację sinusoidalną PWM, zakłada się idealne przebiegi czasowe.
Wrzeczywistościprzebiegiwyjściowenapięciaodbiegająodidealnych.Jednym
z głównych powodów jest aranŜacja mająca na celu uniemoŜliwienie
jednoczesnego przewodzenia obu łączników w gałęzi, co moŜe powodować
krótkotrwałe zwarcia obwodu pośredniczącego. Wprowadza się krótkie
przedziałyczasumiędzywyłączeniemgórnegołącznikaazałączeniemdolnego
zwane czasem martwym. W tym czasie oba łączniki nie przewodzą,
awyjściowy potencjał zaleŜy od kierunku prądu wyjściowego i indukcyjności
układu.SygnałyPWMzuwzględnieniemczasówmartwychprzedstawionesą
narysunku1.
V+
idealnenapięcieobciąŜenia
V+
V
sygnałPWMgórnego
tranzystora
i+
sygnałPWMdolnego
tranzystora
i
rzeczywistenapięcie
naobciąŜeniu
dlaprądudodatniego
V
rzeczywistenapięcie
naobciąŜeniu
dlaprąduujemnego
czasmartwy
Rys. 1. Sygnały PWM z uwzględnieniem czasów martwych,
rzeczywistenapięcienaobciąŜeniu
W trakcie czasu martwego indukcyjność obciąŜenia przeciwdziała
zanikowi prądu. Indukowane jest napięcie „podtrzymujące” przepływ prądu
przez diody. Powoduje to przesuniecie wyjściowego napięcia oraz
137
WpływczasówmartwychnapracęprzekształtnikówduŜejmocynaprzykładzie…
zniekształceniefaliprądowej(rys.2).Dlaukładówtyrystorowychmatowiększe
znaczenie,wporównaniuzukładamitranzystorowymi,gdyŜczasytesąrzędu
kilkudziesięciu – kilkuset mikrosekund wobec kilku mikrosekund dla
tranzystorów.
Rys. 2. Kształt prądu i napięcia bez kompensacji
czasówmartwych
Wprowadzenie dodatkowego czasu, kiedy nie przewodzą oba łączniki
wywołuje istotne zniekształcenia przebiegów napięć generowanych przez
falowniki zmodulacją szerokości impulsów (rys.2). Dodatkowym źródłem
zniekształceń są spadki napięcia na przewodzących tranzystorach i diodach
zwrotnychfalownika.Podpojęciemwpływuczasumartwegozazwyczajrozumie
sięłącznieobarodzajezniekształceń.WpływczasumartwegomoŜnawyrazić
za pomocą napięcia błędu, czyli róŜnicy pomiędzy napięciem na wyjściu
falownika idealnego inapięciem rzeczywiście uzyskiwanym dla danego
sterowania. Napięcie błędu moŜna rozpatrywać jako złoŜenie zniekształceń
liniowych (błędy amplitudy i fazy podstawowej harmonicznej napięcia
wyjściowego) i zniekształceń harmonicznych (nieliniowych). Jeśli chodzi o te
ostatnie,najistotniejszesąpiątaisiódmaharmoniczne.
Zniekształcenia spowodowane występowaniem czasu martwego
sąniekorzystne zarówno w otwartym, jak i zamkniętym układzie sterowania.
Wukładzie otwartym, np. przy zachowaniu stałego stosunku napięcia do
138
G.Grochowski
częstotliwości (U/f), brak kompensacji czasu martwego prowadzi często do
niestabilnejpracyukładunapędowego(dlaniskichczęstotliwości),zmniejszenia
napięciawyjściowego,zniekształceniaprądusilnikaipulsacjimomentunawale
silnika. Wukładzie zamkniętym, z kolei znaczna rozbieŜność pomiędzy
wartościązadanąnapięciaajegowartościąrzeczywistąmoŜewistotnysposób
utrudniać estymację strumienia lub prędkości kątowej silnika zasilanego
zfalownika. Ponadto,zniekształcenia harmoniczne prądufazowego wywołują
dodatkowe pulsacje momentu i prędkości maszyny oraz prowadzą do
zmniejszeniasprawnościenergetycznejukładunapędowego.
Zagadnieniu wpływu kompensacji czasu martwego poświęcono wiele
publikacji. Przedstawione w literaturze metody kompensacji moŜna podzielić
nadwiezasadniczegrupyzewzględunacharakternapięciakompensującego.
Dopierwszej grupy naleŜą metody wykorzystujące prostokątne napięcie
kompensujące o znaku zaleŜnym od zwrotu prądu. Drugą grupę natomiast
stanowiąmetody,wktórychnapięciekompensacjijestciągłąfunkcjąwartości
chwilowychprądufazowego.
Wartykule[6]zaprezentowanoukładsprzętowy,któryzmieniaprzebiegi
sygnałów PWM, w zaleŜności od znaku prądu fazowego wydłuŜając
lubskracającimpulsy.ZmianęczasówzałączeńmoŜnaprzeliczyćnanapięcie
ostałej wartości dodawane lub odejmowane od napięcia zadanego. Metoda
przedstawiona w [5] naleŜy równieŜ do pierwszej grupy: tu wartość napięcia
kompensującego uzaleŜniono od wartości podstawowej harmonicznej prądu
fazowego, w celu kompensacji spadku tej harmonicznej napięcia. Metoda
wprowadza napięcie kompresujące w kształcie prostokąta, który sam jest
źródłemzniekształceńharmonicznychnapięciawyjściowego.Dodrugiejgrupy
naleŜy metoda opisana w [4], w której zaproponowano obserwator
zniekształceń(dlafalownikazasilającegomaszynęsynchroniczną).Maonna
celu wyznaczenie składowych napięcia kompensacji w czasie rzeczywistym.
Wmetodzie tej wymagana jest estymacja siły elektromotorycznej silnika
napodstawie pomiaru prądu i prędkości kątowej. Algorytm zaprezentowany
w[3]wykorzystujenieliniowąkompensacjęwpływuczasumartwego,przyczym
wartość odkształceń od czasów martwych uzaleŜniono od wartości prądów
fazowych, natomiast składowa napięcia błędu zaleŜy od spadku napięcia
naprzewodzących elementach półprzewodnikowych, uzaleŜniono dodatkowo
odtemperatury. Metoda ta pozwala na precyzyjne odtwarzanie napięcia
zadanego przez falownik, jednak wymaga wyznaczenia charakterystyk
przewodzenia tranzystora i diody. W artykule [2] zaprezentowano sposób
pomiarunapięciabłędujakociągłejnieliniowejfunkcjiprądufazowego.Metoda
ta zapewnia w miarę dokładne odwzorowanie podstawowej harmonicznej
nawyjściu falownika oraz ograniczenie zniekształceń nieliniowych. Wymaga
139
WpływczasówmartwychnapracęprzekształtnikówduŜejmocynaprzykładzie…
ona jednak wykonania pomiaru napięcia błędu (wymagany jest dostęp
doobwodupośredniczącego).
Metody, które zapewniają wysoką jakość kompensacji, są zaleŜne
odszczegółowej wiedzy o parametrach obciąŜenia falownika (przewodu
łączącegofalownikzmaszynąisamejmaszyny).Symulowaniefalownikaijego
obciąŜenia wymaga przeprowadzenia szeregu pomiarów, a dowolna zmiana
wukładziepowodujeuzyskanieparametrówdalekichodoptymalnych.
3.WYNIKIPRACYMODELUTYRYSTOROWEGO
FALOWNIKANAPIĘCIA
Wramachbadańzostałzbudowanyiuruchomionymodeltyrystorowego
falownikanapięciaomocy100kWprzedstawionynarysunku3.
Rys.3.Układbadawczyfalownikanapięciaomocy100kW
Schemat obwodu głównego przekształtnika częstotliwości
zaprezentowany jest na rysunku 4. Wybrane przebiegi zostały umieszczone
wpracy.
Plik z chomika:
Sassemi
Inne pliki z tego folderu:
Mike Wens, Michiel Steyaertt - Desing and implementation of fully integrated inductive DC-DC conventers in standard CMOS.pdf
(5191 KB)
Józef Borecki, Mariusz Stosur, Stanisław Szkółka - Energoelektronika. Podstawy i wybrane zastosowania.pdf
(5900 KB)
Leszek Pawlaczyk - Przekształtniki energoelektroniczne w zastosowaniach przemysłowych.pdf
(439 KB)
Grzegorz Grochowski - Wpływ czasów martwych na pracę przekształtników dużej mocy na przykładzie tyrystorowego falownika napięcia o mocy 1 MVA.pdf
(2416 KB)
Zbigniew Fedyczak, Ryszard Strzelecki - Energoelektroniczne układy sterowania mocą prądu przemiennego.pdf
(4161 KB)
Inne foldery tego chomika:
Automatyka i Robotyka
Elektroenergetyka
Elektronika
Elektrotechnika i elektronika samochodowa
Fizyka
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin