Входной фильтр инвертора с широтно-импульсным модулятором напряжения, формирующий синусоидальное напряжение на нагрузке
Характеристика принципиальной схемы силовых цепей электропривода переменного тока. Расчет коэффициентов искажения синусоидальности и несинусоидальности кривой напряжения. Особенность обеспечения передаточной функции фильтра на частоте модуляции.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.09.2018 |
| Размер файла | 334,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
УДК 621.313
Кременчугский государственный политехнический университет
ВХОДНОЙ ФИЛЬТР ИНВЕРТОРА С ШИМ НАПРЯЖЕНИЯ, ФОРМИРУЮЩИЙ СИНУСОИДАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ НА НАГРУЗКЕ
Полищук П.И.
Последние 5-10 лет стали началом этапа массового внедрения в практику отечественных электроприводов переменного тока, инверторов тока и напряжения на IGBT-приборах в силу ряда присущих им преимуществ перед другими видами преобразовательных устройств. Вместе с тем, новые образцы устройств не лишены недостатков, свойственных в той или иной степени аналогам, конструируемых на иной элементной базе.
Актуальность исследований. IGB-транзисторный инвертор формирует синусоиды фазных токов асинхронного электродвигателя (М) посредством ШИМ питающего постоянного напряжения . При этом качество электроэнергии, подводимой к двигателю, как правило, не соответствует стандартам 1-3, согласно которым должно быть:
- коэффициент несинусоидальности кривой напряжения:
;
- коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения:
,
где - действующее значение основной гармонической составляющей (первой гармоники) кривой переменного напряжения при разложении ее в ряд Фурье; - действующее значение -той гармонической составляющей кривой переменного напряжения.
Коэффициент -той гармонической:
В рассматриваемом случае , где - частота ШИМ; - частота первой гармоники.
Требуемое качество электроэнергии призван обеспечить фильтр, ограничивающий прохождение гармоник порядка . Пренебрегая высшими гармониками , имеем:
,
т.е., чтобы обеспечить требуемое качество напряжения, необходимо выдержать соотношение (4).
К сожалению, в доступной автору технической литературе по исследуемой теме, единого, концептуально выведенного и завершенного подхода к получению ответа по данному вопросу нет. Поэтому решение научной задачи по совершенствованию теории создания выходных фильтров инверторов с ШИМ-напряжения следует считать задачей актуальной.
Рисунок 1 - Принципиальная схема силовых цепей электропривода переменного тока
Материал и результаты исследований. Исследованию подвергнуты электрические процессы, протекающие в ШИМ-инверторе (рис.1). Анализ модулированного напряжения на выходе инвертора согласно формуле (1) дает коэффициент несинусоидальности кривой для него равный 1/3, только за счет гармонической составляющей на частоте модуляции 1.
В соответствии с требованиями к качеству электроэнергии должен быть 2. электропривод ток синусоидальность напряжение
Таким образом, передаточная функция фильтра на частоте модуляции должна обеспечивать:
,
где - основные гармоники модуляционной составляющей в выходных напряжениях соответственно фильтра и инвертора. Обеспечить условие (5) призвана Г-образная схема фильтра (рис.1) дополненная цепочкой 3. В представленной схеме конденсаторы соединены в звезду, адекватное соединение - в треугольник.
Расчетная схема в однофазном исполнении приведена на рис. 2, в упрощенном виде - опущен демпфирующий резистор.
Представляя составной Г-образный фильтр четырехполюсником, имеем:
,
где ; ; ; ; ; ; ; ; ; .
Рисунок 2 - Расчетная схема синусоидального фильтра
Входное характеристическое сопротивление фильтра:
при сопротивлении нагрузки .
На высоких частотах, например, на частоте модуляции , формула (7) вырождается в
,
поскольку превалирует над остальными.
Принятые обозначения:
; ; ; .
При настройке частоты собственных колебаний дополнительной цепочки на частоту модуляции будет:
, .
Передаточная функция составного Г-образного фильтра при принятых допущениях находится из (6):
.
На частоте модуляции , что идеально обеспечивает выполнение условия (1). Итак, принимаем параметры дополнительной цепочки из условия:
Параметры принимаем из условия ограничения индустриальных радиопомех, для чего полагаем частоту среза контура, равной минимальной частоте индустриальных радиопомех кГц регламентируемой стандартом 4, тогда:
Принимая во внимание, что с увеличением емкости увеличивается ток в системе, а с увеличением индуктивности снижается напряжение, подводимое к двигателю, приходим к выводу о равенстве мощностей дросселя и конденсатора, т.е. должно быть:
.
Привязывая выбор величин к мощности однофазной нагрузки и решая совместно (12) и (13), находим:
; .
При фазном напряжении В:
; .
Для оценки эффективности составного фильтра сравним параметры при с параметрами простого Т-образного фильтра , который смог бы обеспечить выполнение условия (5).
В составном фильтре, исходя из (11) , что составляет четвертую часть, исходя от согласно (12).
В простом Г-образном фильтре, исходя из его передаточной функции , должно быть , откуда или , что более, чем в составном фильтре. Причем, если учесть, что проводит полный ток двигателя, а только модуляционный, то преимущество составного фильтра очевидно.
Выводы
1. Фильтр, составленный из простого Г-образного и цепочки , настроенный на частоту модуляции, обеспечивает формирование синусоидального напряжения наилучшим образом.
2. Параметры не зависят от нагрузки.
3. Поскольку практически обеспечить идеальное соответствие с расчетным невозможно, в системе управления преобразователем должна быть предусмотрена подрегулировка для обеспечения резонанса в цепочке .
Литература
1. Полищук П.И. К проблеме анализа выходного ШИМ напряжения IGBT-инвертора // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск. Силова електроніка та енергоефективність. К.: 2006. - с.
2. ГОСТ 13109-87. Электроэнергия. Требования к качеству электроэнергии в электрических сетях общего назначения. М.: Госстандарт, 1988. - 81с.
3. Малышков Г.М. Многоэлементные фильтры инверторов. Электронная техника в автоматике // Сб. статей под ред. Ю.И. Конева. Вып.13. М.: Радио и связь. - 1982.
4. ГОСТ 16842-82 (СТ // СЭВ 784-77). Радиопомехи индустриальные. Методы испытаний источников индустриальных радиопомех. - М.: Госстандарт, 1983. - 27с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Схема ключевого преобразователя напряжения с импульсным трансформатором. Регулировка напряжения и тока через нагрузку. Схема управления обмотками трансформатора. Комплексный расчет однокаскадный параметрический стабилизатор напряжения постоянного тока.
курсовая работа [959,9 K], добавлен 28.04.2014Расчет предварительного усилителя. Выбор типа операционного усилителя и схемы выпрямителя. Расчёт фильтра и буферного каскада. Определение расчётного значения общего коэффициента передачи. Выбор стабилизатора напряжения. Описание принципиальной схемы.
курсовая работа [644,5 K], добавлен 04.05.2012Понятие стабильного переменного напряжения, его характеристика и свойства особенностей. Параметрические феррозонансные стабилизаторы напряжения. Компенсационные стабилизаторы напряжения и тока, их описание и особенности каждого из разновидностей.
реферат [429,2 K], добавлен 10.02.2009Разработка источника питания с импульсным преобразователем напряжения, принципиальной схемы стабилизатора напряжения. Триггерная схема защиты от перегрузок. Схема цифрового отсчёта тока нагрузки. Выбор элементов импульсного преобразователя напряжения.
курсовая работа [89,3 K], добавлен 22.12.2012Составление функциональной схемы стабилизатора напряжения, принципиальной электрической схемы. Принцип работы силовой части. Специфика разработки системы управления стабилизатором напряжения, управляемым по принципу широтно-импульсного моделирования.
курсовая работа [248,4 K], добавлен 11.10.2009Аналитическое выражение передаточной функции аналогового фильтра. Построение структурной схемы реализации цифрового фильтра прямым и каноническим способами. Определение реализационных характеристик фильтра. Проверка коэффициентов передаточной функции.
курсовая работа [604,4 K], добавлен 24.10.2012Определение коэффициентов передачи узлов измерительного преобразователя. Коррекция погрешности усилителя переменного тока. Расчет RC-параметров схемы электрической принципиальной. Выбор стабилизатора напряжения. Определение общего коэффициента передачи.
курсовая работа [810,6 K], добавлен 21.02.2013Определение параметров резистора и индуктивности катушки, углов сдвига фаз между напряжением и током на входе цепи. Расчет коэффициента усиления напряжения, добротности волнового сопротивления цепи. Анализ напряжения при активно-индуктивной нагрузке.
контрольная работа [1,2 M], добавлен 11.06.2011Изучение сущности широтно-импульсной модуляции - изменения ширины (длительности) импульсов, следующих друг за другом с постоянной частотой. Разработка широтно-импульсного модулятора. Расчет генератора линейно изменяющегося напряжения. Выбор компаратора.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 23.12.2010Основные параметры схемы электрического принципиального блока управления стабилизатора переменного напряжения. Технология изготовления печатных плат, их трассировка и компоновка. Расчет себестоимости блока управления стабилизатора переменного напряжения.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 14.06.2014Определение контрольных точек для построения графиков. Амплитудно-частотная и фазово-частотная характеристика трехзвенного Г-образного фильтра частот. Расчет тока в третьем контуре. Нахождение передаточной функции в операторной форме и по напряжению.
контрольная работа [710,6 K], добавлен 07.08.2013Потенциометры и реостаты - простейшие регуляторы напряжения и тока. Виды и принцип работы. Высокая эффективность управляемых выпрямителей для регулирования U и I. Параметрические стабилизаторы постоянного и переменного тока, недостатки и применение.
реферат [193,1 K], добавлен 10.02.2009Принципы измерения напряжения посредством аналоговых электронных вольтметров. Описание структурной схемы цифрового вольтметра постоянного тока. Понятие об амплитудном значении напряжения. Особенности использования амплитудных детекторов в вольтметрах.
контрольная работа [404,7 K], добавлен 08.07.2014Принципиальная схема преобразователя, основные элементы и направления их взаимосвязи. Методика и этапы расчет делителя напряжения для источника напряжения смещения. Анализ переходных процессов и построение передаточной функции в программе LTSpice.
курсовая работа [221,4 K], добавлен 21.03.2014Проектирование схемы LC-фильтра. Определение передаточной функции фильтра и характеристики его ослабления. Моделирование фильтра на ПК. Составление программы и исчисление параметров элементов ARC-фильтра путем каскадно-развязанного соединения звеньев.
курсовая работа [824,9 K], добавлен 12.12.2010Выбор и обоснование структурной и принципиальной схемы стабилизатора постоянного напряжения. Защита полупроводниковых стабилизаторов напряжения на основе операционного усилителя от перегрузок по току и короткому замыканию. Расчет регулирующего элемента.
курсовая работа [632,2 K], добавлен 09.07.2014Технические характеристики и принцип работы стабилизированного источника питания с непрерывным регулированием. Назначение функциональных элементов стабилизатора напряжения с импульсным регулированием. Расчет параметрического стабилизатора напряжения.
реферат [630,8 K], добавлен 03.05.2014Обзор структурных схем повышающих преобразователей напряжения на базе различных микросхем. Синтез структурной схемы электронного устройства. Разработка принципиальной схемы функционального элемента. Расчет трансформатора полумостового преобразователя.
курсовая работа [277,3 K], добавлен 27.06.2013Основные характеристики электропривода. Расчет цепи постоянного и переменного тока по законам Кирхгофа, по методу контурных токов и узловых потенциалов. Сравнение результатов, полученных разными методами. Построение потенциальной и векторной диаграммы.
курсовая работа [3,1 M], добавлен 02.07.2014Характеристика электромеханических приборов для измерения постоянного, переменного тока и напряжения. Их конструкция, принцип действия, область применения, достоинства и недостатки. Определение и классификация электронных вольтметров, схемы приборов.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 26.03.2010
