Методика расчета параметров ОИН, работающего параллельно к сетью
Основными параметрами ОИН, работающего в режиме отдачи в сеть активной мощности (ОИН с РПС) здесь являются индуктивность сопрягающего дросселя – L2 и параметры, необходимые для управления ОИН на основе программного алгоритма с ШИМ: фазовый угол, характеризующий уровень отдаваемого в сеть тока – q2(1) и параметр регулирования напряжения m2, называемый также глубиной модуляции. Найдем между этими параметрами необходимую взаимосвязь.
Предварительный алгоритм расчета
1. Исходными данными расчета являются:
– расчетная (выходная) мощность ОИН, отдаваемая в сеть (действующее значение основной гармоники): P2(1)=10кВт,
– амплитуда напряжения сети: U1m= 
·U1= ·220 ≈ 312В,
– частота сети: f1=50Гц.
2. Исходные данные позволяют определить уровень тока, отдаваемого в сеть:
. (1)
3. В начальном этапе расчета используем известный из [2] факт о том, что противо-ЭДС – E2(1)m инвертора должна быть больше напряжения сети – U1m. Из этого следует неравенство E2(1)m > U1m, которое для удобства расчета запишем в следующим виде:
. (2)
где Кр – расчетный коэффициент. Согласно предварительному анализу, значение коэффициента Кр рекомендуется взять в пределах: 
. В данном случае возьмем среднее значение 
(2a)
4. Зная параметры Е2(1)m и U1m и согласно векторной диаграмме (см. рис.2), определим фазовый угол, характеризующий уровень отдаваемого в сеть тока – q2(1) :
(3)
(3a)
5. Взаимосвязь между параметрами E2(1)m и постоянной составляющей входного напряжения ОИН с РПС – Ud0 однозначная и жесткая. В идеальном случае (т.е. без учета времени задержки на переключение ключей, а также падений напряжения на транзисторах и диодах) равно:
, (4)
где μ2 ≤ 1 – глубина модуляции (параметр регулирования противо-ЭДС). При μ2 = 1 параметр Ud0 равен E2(1)m:
(5)
6. Согласно векторной диаграмме (см. рис.2), можно определить падение напряжения на индуктивности дросселя на выходе ОИН в РПС – 
через известный параметр угла q2(1):
(6)
7. Используя известную взаимосвязь, определим индуктивности дросселя L2:
(7)
8. Из моделей (3) и (4) получим взаимосвязь между входным напряжением Ud0 и сетевым напряжениям 
через параметры, 
и 
:
(8)
Из модели (5) и (8) видно, что они дают одинаковый результат.
9. Используя (6), (7) и (8), несложно убедиться, что амплитуда отдаваемого в сеть активного тока может быть представлена следующим образом:
(9)
Произведем проверку путем подстановки полученных значений параметров Ud0, μ2 в модель (9) для двух значений Ud0=320В, μ2=1 и Ud0=353,61В, μ2=0,9:
(9а)
Вывод: результаты по п.9 дают практически полную сходимость относительно его исходного значения, заданного в п.2. Следовательно, все параметры ЧКП в этом режиме взаимоувязаны верно.
10. Определим отдаваемую в сеть активную мощность:
. (10)
11. Мощность на входе ОИН с РПС по постоянной составляющей, которая является основной гармоникой (нулевой частоты) равна:
(11)
Равенство выходной и входной мощностей ЧКП по основным гармоникам свидетельствует о выполнении критерия энергетического баланса и, следовательно, о корректно выполненных расчетах.
Рис. 3. Результаты ИКМ на первом этапе исследования ОИН с РПС при параметрах: Ud0=320B; L2=3,54мГн;  =12,84°; μ2=1; U1m=312B (f1=50Гц): а) при fт=300Гц; б) при fт=600Гц; в) при fт=900Гц; г) при fт=1500Гц.
|
Результаты имитационного компьютерного моделирования
Имитационное компьютерное моделирование (ИКМ) ОИН с РПС выполнено в рамках 2-х этапов: 1) проверка (предварительно) ожидаемых результатов при выше расчетных параметрах: Ud0=320B; L2=3,54мГн; =12,84°; μ2=1; U1m=312B (f1=50Гц), 2) коррекция (окончательно) соответствующих параметрах для получения ожидаемых результатов. Что мы ожидаем в 1-м этапе исследования? В результате ИКМ сетевое напряжение U1m и отдаваемый в сеть ток 
(с соответствующим приемлемым качеством искажений) должны быть в фазе. Результаты проведенного ИКМ для первого этапа представлены на рис. 3. Из них следует, что искажения отдаваемого в сеть тока сильно зависит от тактовой частоты fT. В табл. №1 и на рис. 4 подробно представлены результаты исследования влияния тактовой частоты fT на качество отдаваемого в сеть тока – КГ(i2) при ее изменении в пределах fT=150Гц÷3600Гц. Из табл.№1 видно, что наиболее приемлемое значение искажений тока оказывается при fT ≥1500Гц.
Табл. №1
Результаты исследования влияния изменения тактовой частоты – fт на искажения отдаваемого в сеть тока ОИН с РПС
| fm [Гц]
|
|
|
|
|
|
|
|
| КГ(i2) [%]
|
| 17,7
| 8,4
| 5,5
| 3,29
| 1,67
| 0,84
|
| Рис. 4. График, поясняющий влияние тактовой частоты – fт на процессы в ОИН с РПС при Ud0=320B; L2=3,54мГн; =12,84°; μ2=1; U1m=312B (f1=50Гц); I2(1)m=63A.
|
Проведенный анализ также показал, что отдаваемый в сеть ток – 
несколько опережает сетевого напряжения u1(t). Основной причиной этого является уменьшение амплитудного значения противо-ЭДС – Е2(1)m по сравнению с амплитудой сетевого напряжения – U1m (см. рис. 5).
Поскольку при ИКМ используются реальные транзисторы (IGBT) и диоды со своими падениями напряжения, а также с учетом времени задержки на переключение ключей, то амплитудное значение параметра Е2(1)m при μ2=1 меньше значения постоянной составляющей входного напряжения – Udo: Е2(1)m=308В < Udo=320B (в идеальном случае они должны быть равны Udo=Е2(1)m =320В). Векторная диаграмма, отражающая этот случай, показана на рис.5. Из неё следует, что ожидаемый режим не реализован. Следовательно, для получения ожидаемых результатов необходимо на 12В увеличить входное напряжение ОИН Udo . В результате появляется следующая взаимосвязь между Udo и Е2(1)m:
(12)
| Рис. 5. Векторная диаграмма, полученная на основе результатов ИКМ при Ud0=320B; L2=3,54мГн; =12,84°; μ2=1; U1m=312B (f1=50Гц); fT=1500Гц.
|
Из моделей (2а) и (12) получим уточненную модель требуемого значения входного напряжения ОИН при РПС – Ud0 через сетевое напряжение U1m:
(13)
Результаты ИКМ данного 2-го этапа исследования (при увеличении входного напряжения по модели (13): 
) представлены на рис.6, где видно, что сетевое напряжение и отдаваемый в сеть ток находятся в фазе.
На основе ИКМ также получены следующие необходимые параметры для дальнейшего расчета однофазного малоискажающего выпрямителя (ОМИВ):
1) значение потребляемого тока из ОМИВ (входной ток ОИН с РПС) –
Id0=31,1A;
2) значение требуемого выходного напряжения ОМИВ (входное напряжение ОИН с РПС) – Ud0=332В;
3) значение выходной мощности ОМИВ (входная мощность ОИН с РПС):
Pd0= Ud0·Id0=332·31,1=10325,2Вт.
4) значение выходной мощности ОИН с РПС:
P2(1)= U1(1)·I2(1)=220,62·46,7=10302,83Вт
5) взаимосвязь между входной и выходной мощностей ОИН с РПС:
Pd0=1,0022· P2(1)
| Рис. 6. Результаты ИКМ рабочих процессов (сетевого напряжения и тока, отдаваемого в сеть) в ОИН с РПС при Ud0=332B; L2=3,54мГн; =12,84°; μ2=1; U1m=312B (f1=50Гц).
|
Дата добавления: 2020-06-09; просмотров: 114;
