АНАЛИЗ  ГАРМОНИЧЕСКОГО  СОСТАВА  ВЫХОДНОГО  НАПРЯЖЕНИЯ  МАТРИЧНОГО  ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ  ЧАСТОТЫ  ФОРМИРУЕМОГО  СИСТЕМОЙ  УПРАВЛЕНИЯ  НА  ОСНОВЕ  ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ  МОДУЛЯЦИИ

Федоров  Сергей  Витальевич

старший  преподаватель  кафедры  электроснабжения  промышленных  предприятий  федерального  государственного  бюджетного  образовательного  учреждения  высшего  профессионального  образования  «Оренбургский  государственный  университет»  филиал  в  г.  Кумертау

Россия,  Республика  Башкортостан,  г.  Мелеуз

E -mail:  s.v.fedorov@inbox.ru

Бондарев  Андрей  Владимирович

канд.  техн.  наук,  заведующий  кафедрой  электроснабжения  промышленных  предприятий  федерального  государственного  бюджетного  образовательного  учреждения  высшего  профессионального  образования  «Оренбургский  государственный  университет»  филиал  в  г.  Кумертау

Россия,  Республика  Башкортостан,  г.  Мелеуз

E-mail:  

ANALYSIS  OF  THE  HARMONIC  COMPOSITION  OF  THE  OUTPUT  VOLTAGE  OF  THE  MATRIX  OF  THE  FREQUENCY  CONVERTER  GENERATED  BY  THE  SYSTEM  CONTROL  ON  THE  BASIS  OF  PULSE-WIDTH  MODULATION

Fedorov  Sergey

senior  teacher  of  the  Department  of  power  supply  of  industrial  enterprises  Federal  state  educational  institution  of  higher  professional  education  "of  the  Orenburg  state  University"  branch,  Kumertau

Russia,  Republic  of  Bashkortostan,  Meleuz

Bondarev  Andrey

candidate  of  technical  Sciences,  head  of  Department  of  power  supply  of  industrial  enterprises  Federal  state  educational  institution  of  higher  professional  education  "of  the  Orenburg  state  University"  branch,  Kumertau

Russia,  Republic  of  Bashkortostan,  Meleuz

АННОТАЦИЯ

В  данной  статье  показан  принцип  формирования  выходного  напряжения  матричного  преобразователя  частоты  системой  управления  на  основе  широтно-импульсной  модуляции.  Произведен  анализ  гармонического  состава  выходного  напряжения.  Сделаны  выводы  о  качестве  выходного  напряжения  матричного  преобразователя  частоты.

ABSTRACT

This  article  shows  the  principle  of  forming  of  the  output  voltage  matrix  frequency  Converter  control  system  on  the  basis  of  pulse-width  modulation.  The  analysis  of  the  harmonic  content  of  the  output  voltage.  The  conclusions  about  the  quality  of  the  output  voltage  of  the  matrix  of  the  frequency  Converter.

Ключевые  слова:   матричный  преобразователь  частоты;  широтно-импульсная  модуляция;  спектр  гармоник;  гармонический  состав.

Keywords:   the  matrix  Converter  frequency;  pulse-width  modulation;  range  of  harmonics;  harmonic  composition.

В  качестве  объекта  исследования  был  взят  матричный  преобразователь  частоты  (МПЧ)  (рисунок  1)  с  однотактным  подключением  нагрузки  к  каждой  фазе  и  двухпроводными  ключами  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,    [2—5].

Рисунок  1.  Матричный  преобразователь  частоты  с  однотактным  подключением  нагрузки  к  каждой  фазе

Анализ  гармонического  состава  выходного  напряжения  МПЧ,  полученного  в  результате  широтно-импульсной  модуляции  (ШИМ)  был  произведен  в  программе  Mathcad  14.0.

На  рисунке  2  показаны  графики  модулирующей  функции  ,  где    частота  выходного  напряжения  (на  графике  она  равна  314,15  рад/с,  что  соответствует  50  Гц)  и  синхронизирующей  пилообразной  функции  ,  где    частота  синхронизации  —  2  кГц.

Рисунок  2.  Графики  модулирующей  функции    и  синхронизирующей  пилообразной  функции 

Принцип  формирования  выходного  напряжения  заключается  в  том,  что  при  пересечении  синхронизирующего  напряжения    и  модулирующей  функции  ,  если  при  этом    становится  больше  синхронизирующего  напряжения  ,  то  подключается  соответствующая  фаза  входного  напряжения  на  нагрузку.  Если  при  пересечении  синхронизирующего  напряжения    и  модулирующей  функции  ,    становится  меньше  ,  то  тот  ключ,  который  был  замкнут  до  этого  времени  размыкается  и  напряжение,  приложенное  к  нагрузке  оказывается  равным  нулю.  В  результате  выходное  напряжение  МПЧ  имеет  вид,  представленный  на  рисунке  3.

Рисунок  3.  График  выходного  напряжения  МПЧ

На  рисунках  4—6  показан  спектр  гармоник  выходного  напряжения,  где  A  —  амплитуда  гармоник,  f  —  частота  гармоник  (Гц).

Рисунок  4.  Спектр  гармоник  выходного  напряжения  частотой  50  Гц

Рисунок  5.  Спектр  гармоник  выходного  напряжения  частотой  30  Гц

Рисунок  6.  Спектр  гармоник  выходного  напряжения  частотой  10  Гц

Зависимость  коэффициента  гармоник    от  частоты  f  выходного  напряжения  приведена  на  рисунке  7. 

Рисунок  7.  Зависимость  коэффициента  гармоник    от  частоты  f   выходного  напряжения  МПЧ

Анализируя  гармонический  состав  выходного  напряжения,  полученного  при  помощи  ШИМ,  можно  сделать  следующие  выводы:

1.  Наличие  высших  гармоник  в  спектре  генерируемого  напряжения. 

2.  Повышение  частоты  несущего  сигнала  приводит  не  к  исключению  гармонических  составляющих  из  спектра  выходного  напряжения,  а  к  их  перемещению  в  область  более  высоких  частот.

Поскольку  ГОСТ  13109-97  регламентирует  значение  суммарного  коэффициента  гармонических  составляющих,  при  расчете  которого  учитывались  только  гармоники  с  подрядом  меньше  40,  то  повышение  частоты  коммутации  создает  видимость  улучшения  гармонического  состава  [1].  При  этом  значение  полного  коэффициента  гармоник  является  недопустимым  для  питания  большинства  потребителей.  Наличие  высших  гармоник  в  спектре  питающего  напряжения  приводит  к  ускоренному  износу  изоляции,  нарушениям  питания  потребителей,  что  приводит  к  соответствующему  экономическому  ущербу.

Список  литературы:

1.ГОСТ  13109-97.  Электрическая  энергия.  Совместимость  технических  средств  электромагнитная.  Нормы  качества  электрической  энергии  в  системах  электроснабжения  общего  назначения.  М.:  Стандартинформ,  2006.

2.Карташов  Р.П.  Тиристорные  преобразователи  частоты  с  искусственной  коммутацией  /  Р.П.  Карташов,  А.К.  Кулиш,  Э.М.  Чехет.  К.,  Изд-во  Техника,  1979.  —  152  с.

3.Федоров  С.В.,  Бондарев  А.В.  Способы  широтно-импульсной  модуляции  на  основе  сравнения  синхронизирующих  сигналов  с  сигналами  модуляции  матричных  преобразователей  частоты.  Вестник  ОГУ  №  3  (164)/март  2014.

4.Чехет  Э.М.  Непосредственные  преобразователи  частоты  для  электро­привода  /Э.М.  Чехет,  В.П.  Мордач,  В.Н.  Соболев.  Киев:  Думка,  1988.  —  224  с.

5.Casadei  D.,  Grandi  G.,  Serra  G.,  Tani  A.  Space  vector  control  of  matrix  converters  with  unity  input  power  factor  and  sinusoidal  input/output  waveforms  /  Proceedings  of  IEEEPE'  93.  Vol.  7.  1993.