Development of an advanced PWM algorithm for active rectifier with adaptation to current resonances in internal power supply system
Year: 2018
Type: article
Abstract: Мощные электроприводы современных прокатных станов создаются на основе двигателей переменного тока среднего напряжения (асинхронных и синхронных) и преобразователей частоты с активными выпрямителями. Такие электроприводы являются источником высших гармоник, в связи с этим актуальным является вопрос об их электромагнитной совместимости с внутризаводской распределительной сетью. В частности, данный вопрос актуален на предприятиях, в системах внутризаводского электроснабжения которых используются протяженные кабельные линии 6-35 кВ, суммарное значение распределенной емкости в которых может достигать нескольких микрофарад. В результате взаимодействия индуктивности трансформатора главной понизительной подстанции и суммарной емкости кабельных линий в частотной характеристике сети экстремум резонанса токов может расположиться на частотах гармоник, генерируемых преобразователями частоты. В этом случае возникают сильные искажения напряжения на общих секциях распределительных устройств, что может приводить к выходам из строя электрооборудования. Существующие способы снижения негативного влияния резонансных явлений на качество электроэнергии во внутризаводских сетях сводятся к установке специальных фильтров и требуют соответствующих экономических затрат, в связи с этим актуальной задачей является исследование альтернативных способов устранения сильных искажений, вызываемых преобразователями частоты. Разработка усовершенствованного алгоритма ШИМ осуществляется в программном продукте MATLAB с приложением Simulink на основе созданной имитационной модели, учитывающей реальную частотную характеристику внутризаводской сети АО «Северсталь Сортовой завод Балаково» и параметры преобразователя частоты с активным выпрямителем. Разработан усовершенствованный алгоритм широтно-импульсной модуляции, адаптирующийся к резонансным явлениям во внутризаводских сетях благодаря изменению углов включения вентилей активного выпрямителя в зависимости от нахождения экстремума частотной характеристики. Создана имитационная модель, учитывающая реальные частотные характеристики и параметры преобразователя частоты. На модели получены кривые напряжения сети при исходном и усовершенствованном алгоритме ШИМ, проведен их сравнительный анализ. Установлено, что использование адаптивного ШИМ уменьшает коэффициент суммарных гармонических искажений кривой напряжения сети в 2,5 раза. Достоверность полученного результата подтверждается адекватностью использованной математической модели предмету исследования, а также реальностью исходных данных для моделирования. Предложенный алгоритм ШИМ позволяет улучшать электромагнитную совместимость преобразователя частоты с сетью без применения специальных фильтрующих цепей. Полученные результаты могут применяться при проектировании преобразователей частоты с активными выпрямителями среднего напряжения.
Source: Vestnik IGEU
Institution: Nosov Magnitogorsk State Technical University
Language: English
Topic: Power Quality and Harmonics
Subfield: Electrical and Electronic Engineering
Field: Engineering
Domain: Physical Sciences
Open Access status: bronze
OpenAlex ID: W2907979535