НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК


НОВОСИБИРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

ISSN (печатн.): 1814-1196          ISSN (онлайн): 2658-3275
English | Русский

Последний выпуск
№3(72) Июль - Сентябрь 2018

Методика расчета входного фильтра импульсного преобразователя переменного напряжения

Выпуск № 3 (60) Июль - Сентябрь 2015
Авторы:

Р.Л. ГОРБУНОВ,
Д.В. МАКАРОВ
DOI: http://dx.doi.org/10.17212/1814-1196-2015-3-94-112
Аннотация
В статье предлагается методика расчета параметров входного однозвенного фильтра нижних частот. Методика предназначена для импульсных (вентильных) преобразователей переменного напряжения с высокочастотным широтно-импульсным регулированием. Расчет осуществляется по стандартным показателям несинусоидальных искажений токов и напряжений, а именно по суммарному коэффициенту гармонических составляющих (коэффициенту гармоник) и по коэффициенту n-й гармонической составляющей. В основу синтеза методики положено представление преобразователя в виде эквивалентного управляемого источника тока или напряжения с несинусоидальной формой, благодаря чему методика применима к широкому классу преобразователей с различным законом управления, а также к преобразователям, реализуемым по модульному принципу построения. Степень искажения токов и напряжений представлена в виде упрощенных аналитических зависимостей от параметров фильтра, частоты коммутации и приведенных интегральных коэффициентов тока и напряжения преобразователя. Полученные зависимости основываются на прямых методах расчета энергетических показателей в вентильных преобразователях. Рассмотрено пассивное демпфирование фильтра с помощью последовательной активно-индуктивной демпфирующей цепи. Установлено, что при оптимальных параметрах демпфирующей цепи эффективность фильтрации входного тока преимущественно определяется параметрами самой цепи. Расчет элементов демпфирующей цепи включен в методику. Методика представлена в удобном для алгоритмизации виде, но не является итерационной. Приведен пример расчета номиналов элементов входного фильтра трехфазного трехмодульного активного выпрямителя напряжения с синусоидальной широтно-импульсной модуляцией и симметричным фазовым сдвигом опорных напряжений модуляторов. Результаты расчета проверены имитационным моделированием преобразователя с фильтром, рассчитанным по предложенной методике, в программе MatlabSimulink.
Ключевые слова: входной фильтр, преобразователь переменного напряжения, широтно-импульсное регулирование, методика, коэффициент гармоник, коэффициент n-й гармонической составляющей, модульный принцип построения преобразователей, пассивное демпфирование

Список литературы
1. IEEE Std 519–2014 – IEEE Recommended practice and requirements for harmonic control in electric power systems. – Revision of IEEE Std 519–1992. – New York: IEEE, 2014. – 29 p. – doi: 10.1109/IEEESTD.2014.6826459.

2. Vdovin V.V., Kotin D.A., Pankratov V.V. Parameters determination in the sine filters for AFE converters and VSI with PWM // The 15th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM 2014): proceedings, Altai, Erlagol, 30 June –

4 July 2014. – Novosibirsk: IEEE, 2014. – P. 383–386. – doi: 10.1109/EDM.2014.6882553.

3. Zargari N.R., Joos G., Ziogas P.D. Input filter design for PWM current-source rectifiers // IEEE Transactions on Industry Applications. – 1994. – Vol. 30, iss. 6. – P. 1573–1579. – doi: 10.1109/TIA.1994.350312.

4. Bauer J., Flígl S., Steimel A. Design and dimensioning of essential passive components for the matrix converter prototype // Automatika. – 2012. – Vol. 53, N 3. – P. 225–235. – doi: 10.7305/automatika.53-3.134.

5. Oliveira Filho M.E. de, SguareziFilho A.J., Ruppert E. A three-phase to three-phase matrix converter prototype // RevistaControle&Automação. – 2012. – Vol. 23, N 3. – P. 247–262.

6. Damped input filter design of matrix converter / H. She, H. Lin, X. Wang, L. Yue // International Conference on Power Electronics and Drive Systems (PEDS 2009), 2–5 November 2009. – Taipei: IEEE, 2009. – P. 672–677. – doi: 10.1109/PEDS.2009.5385684.

7. New considerations in the input filter design of a three-phase buck-type PWM rectifier for aircraft applications / M. Silva, N. Hensgens, J. Oliver, P. Alou, O. Garcia, J.A. Cobos // IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 17–22 September 2011. – Phoenix, Arizona: IEEE, 2011. – P. 4087–4092. – doi: 10.1109/ECCE.2011.6064325.

8. Liserre M., Blaabjerg F., Hansen S. Design and control of an LCL-filter-based three-phase active rectifier // IEEE Transactions on Industry Applications. – 2005. – Vol. 41, iss. 5. – P. 1281–1291. – doi: 10.1109/TIA.2005.853373.

9. Optimal design of AC EMI filters with damping networks and effect on the system power factor / N. Hensgens, M. Silva, J.A. Oliver, J.A. Cobos, S. Skibin, A. Ecklebe // Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 15–20 September. – Raleigh, North Carolina: IEEE, 2012. – P. 530–537. – doi: 10.1109/ECCE.2012.6342761.

10. Nussbaumer T., Heldwein M.L., Kolar J.W. Differential mode input filter design for a three-phase buck-type PWM rectifier based on modeling of the EMC test receiver // IEEE Transactions on Industrial Electronics. – 2006. – Vol. 53, iss. 5. – P. 1649–1661. – doi: 10.1109/TIE.2006.881988.

11. Modeling, simulation and design of input filter for matrix converters / A. Popovici, V. Po-pescu, M. Babaita, D. Lascu, D. Negoitescu // WSEAS International Conference on Dynamical Systems and Control,2–4 November, 2005. – Venice, Italy: [s. n.], 2005. – P. 439–444.

12. Зиновьев Г.С. Силовая электроника. – 5-е изд., испр. и доп. – М.: Юрайт, 2014. – 667 с.

13. Зиновьев Г.С. Прямые методы расчета энергетических показателей вентильных преобразователей. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1990. – 220 с.

14. Caris M.L.A., Huisman H., Duarte J.L. Theoretical analysis of the duality principle applied to interleaved topologies // International Power Electronics Conference (IPEC–Hiroshima 2014 – ECCE–ASIA), 18–21 May 2014. – Hiroshima: IEEE, 2014. – P. 2954–2959. – doi: 10.1109/IPEC.2014.6870103.

15. Casablanca C., Sun J. Interleaving and harmonic cancellation effects in modular three-phase voltage-sourced converters // IEEE Workshops on Computers in Power Electronics, COMPEL'06, 16–19 July 2006. – Troy, New York: IEEE, 2006. – P. 275–281. – doi: 10.1109/COMPEL.2006.305626.

16. Impact of interleaving on AC passive components of paralleled three-phase voltage-source converters / D. Zhang, F. Wang, R. Burgos, L. Rixin, D. Boroyevich // IEEE Transactions on Industry Applications. – 2010. – Vol. 46, iss. 3. – P. 1042–1054. – doi: 10.1109/TIA.2010.2045336.

17. Control of circulating current in two parallel three-phase boost rectifiers / Z. Ye, D. Boroyevich, J. Choi, F.C. Lee // IEEE Transactions on Power Electronics. – 2002. – Vol. 17,

iss. 5. – P. 609–615. – doi: 10.1109/TPEL.2002.802170.

 
Просмотров: 2341