[тау 30]

: как расчитать емкость конденсатора? Про "компромис" все понятно, да вот только это на словах можно преподу рассказать, а как же это все оформить в дипломе?

Попробуйте обосновать так: энергия заряженной емкости должна за период сети обеспечить компенсацию всех гармоник, можно с запасом Кз=2..5. А энергия всех гармоник в периоде (якобы) не должна превышать энергии первой гармоники 50 Гц. :) Имхо.

[syoma 1]

График тока инвертера приведен на рисунках.

Здесь красный - заданный ток, который должен сгенерить инвертор.

Голубой - ток в дросселе инвертера

Желтый и розовый - соответственно пороги срабатывания гистерезисного компаратора. В данном случае +-10А

Примечание: индуктивность здесь большая, чтобы лучше ток инвертора было видно

 

Для описания работы инвертора нужно добавить источник сетевого напряжения со стороны сети. Тогда все очень просто.Схемы инвертора при различных замкнутых ключах:

 

Источник сетевого напряжения Un включен между дросселем L и другой ногой инвертора.

Конденсатор Cc заряжен до напряжения Uc, которое заведомо выше, чем сетевое напряжение. Прудположим, что конденсатор имеет бесконечно большую емкость и зарядом/разрядом моджно пренебречь

Тогда, если транзисторы VT1 и VT2 открыты а VT3 и VT4 закрыты, то см средние рисунок

В этом случае ток инвертера Iinv может быть задан так: dIinv/dt=(Un-Uc)/Lc. Если Uc выше чем Un то правая часть уравнения будет отрицательной и ток будет уменьшатся (если мы выбрали направление тока от сети к инвертеру.). Это видно на графиках

Если же транзисторы VT3 и VT4 открыты а VT1 и VT2 закрыты, то ситуация противоположная (нижний рисунок)

В этом случае конденсатор подключен задом наперед и dInv/dt=(Un-(-Uc))/Lc=(Un+Uc)/L. То есть dInv/dt будет положительная и ток в дросселе будет увеличиваться.

Это опять же видно из графика. Ток инвертера всегда либо увеличивается либо уменьшается.

Теперь насчет формирования импульсов управления. Как стало понятно этих импульсов нужно всего два, так как VT1 и VT2(VT3 и VT4) должны включаться одновременно. Если же учесть, что они включаются в противофазе, то достаточно всего одного импульса с значениями 0 или 1. При значении 0 VT1 и VT2 должны быть включены а VT3 и VT4 отключены. И наоборот при значении 1 VT3 и VT4 должны быть включены а VT1 и VT2 отключены.

Формирование этого импульса происходит очень просто компаратором с гистерезисом - смотри график. Если ток инвертера превышает заданный ток + гистерезис, компаратор переключается с 1 на 0 и ток в дросселе начинает уменьшатся. Как только он достигнет заданного тока - гистерезис, компаратор переключается с 0 на 1 и ток в инвертер будет возрастать. Далее данный процесс повторяется.

 

Извините, что текст далеко не художественный, но я думаю достаточно для пояснения.

 

ПС Кстати на втором рисунке прекрасно видно, чем ограничевается максимальная индуктивность - ток инвертора еле-еле поспевает за заданным током и в течении продолжительного времени инвертор не переключается вообще!

[carliker 0]

syoma, теперь понятно, поправлю записку. Есть ли еще какие либо замечания по уже написанному?

 

Я тут почитал диссертацию которую выше выкладывал, там есть расчет коэффициентов регулятора, расчет емкости и ввыходного дроселя инвертора, но что значения полученные по этим формулам никак не подходят для моей модели.

 

В моей модели емкость 8000мкФ, и не понятно как она посчитано, перепробывал уже кучу разных формул, ничего.....

по расчету коэффициентов регулятора, в диссертации тоже приведен пример расчета, но если свою систему пересчитаю по тому методу, коэффициент Кп получается 1,5.....при таком коэффициенте система ужасно работает...Опытным путем были подобраны коэффициенты Кп=0.32 Ки=0.3, при таких значения THD=0,89%

Изменено 21 декабря, 2009 пользователем carliker

[carliker 0]

еще один вапрос, каким образом происходит заряд конденсатора до напряжения в два раза большего чем напряжение источника?

[carliker 0]

syoma, кстате, такой вопрос, а как получить временную диаграмму работы моего инвертора ? можно ли это в матлабе сделать?

Изменено 22 декабря, 2009 пользователем carliker

[syoma 1]

еще один вапрос, каким образом происходит заряд конденсатора до напряжения в два раза большего чем напряжение источника?

До напряжения 500В(в 3х фазных сетях) (или 325В в однофазных, не важно) конденсатор зарядится через инвертор или через специальную схему предстартового заряда - как в мощных частотниках, чтобы не было больших токов. Принцип ее работы прост - в начальный момент времени инвертер отключен от сети и напряжение на конденсаторе равно 0ю Затем включается предстартовое реле и конденсатор медленно заряжается до выпрямленного сетевого напряжения через резистор и диодный мост. через пару десятков секунд реле отключается и включается главный пускатель, который и подключает инвертор к сети.

Ну а чтобы наглядно получить ответ на след вопрос задайте начальное напряжение на конденсаторе (в его диалоговом окне) например 500В.

А затем поглядите на форму напряжения на нем. Должно получиться как на след рисунке.

Это следствие работы того же контроллера звена пост тока. Когда напряжение слижком низкое он генерирует активный синфазный с напряжением ток, который и заряжает конденсатор.

Вы не в курсе, что таким образом конденсатор можно зарядить до заоблачных напряжений, которые намного больше питающих?

[carliker 0]

а вот кстате, выше вы мне писалии насчет индуктивности и емкости, что надо искать компромис...тут возник вопрос, могули я как нибудь заранее прикинуть какой максимальный ток инвертору придется компенсироват? ну допустим я смотрю THD схемы без фильтра, примерно считаю максимальный ток с учетом накладывания гармоник (если THD сотреть в виде таблице там пишется градусы). Допустим 3 гаромника 180градусов, далее смотрим 15 гармоника тоже 180 градусов, допустим у нас 3-я гармоника 30% от 1-ой (если первая 10А), следовательно 3 гармоника 3А, а например 15 гармоника 1 А, т.о. сумма 4А. И допустим что эта сумма максимальная нежеле сумма токов в других фазах? Т.е. мне можно расчитывать индуктивность и емкость из расчета что максимальный ток который придется компенсировать будет 4А ?

 

И еще один вопрос, все по тому же расчету емкости и дросселя: в прекрепленном файле вырезки из диссертации, формулы для расчета L и C. Не как не могу понять, что там за параметры взяты, и где мне их у себя посмотреть

Изменено 22 декабря, 2009 пользователем carliker

[syoma 1]

Ну в 3.3.3 уже есть ошибка в том, что т.н Driving Voltage across inductor не является напряжением звена постоянного тока. В вашей схеме напряжение на дросселе равно текущему мгновенному значению сетевого напряжения минус(плюс) напряжение звена пост.тока. То есть оно плавает в широких пределах Например, то что в диссертации на рисунке обозначено как +Vcf в Вашем случае будет от +325В(650 -325) до 975В (650 + 325) в зависимости от фазы сетевого напряжения. И наоборот -Vcf будет от -325 до -925В. Естественно скорость нарастания/спада тока будет разная в разное время периода - можете посмотреть по моделированию на пульсации тока - наклон тока инвертора будет меняться! А в диссертации это не указано.

Но в целом амплитуда пульсаций тока инвертора указана правильно. И опять же минимальное значение дросселя расчитать достаточно легко. Прикинем, что в Вашем случае Vcf=650V. Допустим мы хотим получить пульсации +-5А и максимальную рабочую частоту переключения IGBT - 20кГц. Тогда минимальное значение индуктивности дросселя будет 650/(2*(5+5)*20000)=1.625мГ

В принципе этим можно и ограничиться, так как эффект ограничения di/dt, который я описал при компенсации гармоник при такой высокой частоте весьма маловероятен. Только в паре случаев такое бывало.

А насчет емкости конденсатора я как раз собирался указать этот принцип баланса энергии. Ведь в приципе активный фильтр не может генерировать или потреблять активный ток в больших количествах, так как вся потребляемая или сгенерированная энергия должна куда-то идти или где-то запасаться. В данном случае это конденсатор звена пост. тока. И формула 1/2*C*V^2 - это стандартная формула энергии, запасенной в конденсаторе, который заряжен до определенного напряжения, а формула 3.2 слева - это энергия, которая высвободится или поглотится, если напряжение конденсатора будет изменяться. Как я уже говорил напряжение на конденсаторе не может превышать или быть меньше определенных значений. Снизу она ограничена минимумом амплитудой сетевого напряжения а сверху максимальным напряжением транзисторов или кондесаторов. То есть в нашем случае дельтаVcf - это 325В снизу или 900В сверху(если взять 2 электролит конденсатора последовательно по 450В). Разность квадратов напряжений меньше при 325В. поэтому возьмем ее для расчета. То что стоит справа в формуле - это должно быть энергия гармоник за полупериод - логично, так как за период она должна быть равна 0. То есть смысл, что при компенсации гармоник и реактивного тока заданной амплитуды, конденсатор не должен переразряжаться или перезаряжаться.

Кстати в тех случаях когда компенсируется в основнои реактивная мощность Il определяется в основном амплитудой реактивного тока а не гармоник. Но в общем случае, если мне не изменяет память Il должна считаться как геометрическая сумма по хитрой формуле - найдите сами.

Итак Vs=230В, Пусть Il = 100A например. Тогда емкость конденсатора должна быть не меньше (sqrt(2)*230*100*(0.02/2))/(325^2-650^2)=1026мкФ

Но что-то в этой формуле не так. Амплитуда пульсаций напряжения на конденсаторе меньше, чем расчетная. Надо разобраться....

[carliker 0]

Вот и получается что схема при такой маленькой емкости не будет работать как надо

Самое интересное что более менее нормально она начинает работать именно при L=5.12e-3 и С=8000мкФ, но вот почему.......

Вот еще одна статья, там рассчет емкости приводится, по моим расчетам там емкость получается около 2500мкФ, но если честно то я маленько не понял что там чем является.

В моей схеме частота переключения ключей порядка 30кГц (гистерезис 1 и -1), не так ли?

Изменено 22 декабря, 2009 пользователем carliker

[syoma 1]

Вот и получается что схема при такой маленькой емкости не будет работать как надо

Самое интересное что более менее нормально она начинает работать именно при L=5.12e-3 и С=8000мкФ, но вот почему.......

Вот еще одна статья, там рассчет емкости приводится, по моим расчетам там емкость получается около 2500мкФ, но если честно то я маленько не понял что там чем является.

В моей схеме частота переключения ключей порядка 30кГц (гистерезис 1 и -1), не так ли?

Наоборот при емкости 1026мкФ схема работает намного лучше чем ожидалось. Причем по моим прикидкам ошибка составляет где-то 2 раза. То есть тот эффект, что я увидел - должен получаться при 500мкФ.

Вот график работы инвертера при следующих условиях:

Lдр=1.625e-3 Г

Сф=1026e-6 Ф

Контроллер звена пост. тока отключен, чтобы не мешал. Напряжение на конденсаторе задано на уровне 710В, чтобы при компенсации оно уменьшилось до средних 650В.

На графике я подключаю индуктивность с током 100А RMS в момент Т=0.025с. Естественно она начинает полностью компенсироваться.

Как видно, напряжение звена пост. тока начинает пульсировать, но размах пульсаций не соответсвует моим ожидаемым провалам до 325В. А только достигает минимума 575В.

 

По поводу частоты - у меня с +-5А гистерезисом она соответствует формуле для расчета дросселя - 20кГц при 1.625е-3 Г

[carliker 0]

Вот что у меня получается с -+5А, С и L как вы сказали

[carliker 0]

В 69 сообщения я привел вырезку из статьи по расчет емкости. Так вот, там формула имеет вид: Sn/(2*w*Udc*dUdc) где Sn - номинальная мощность, w - базовая частота (50Гц как я понял), Udc - максимальное напряжение на кондере, dUdc - пульсации напряжения на нем. получается, что : 10кВА/(2*50*650*8,5)=0.0180996 Ф

Что то помоему тут не так...

[syoma 1]

Вот что у меня получается с -+5А, С и L как вы сказали

Ну так все нормально тут работает. Искажения возникают из-за работы контроллера звена постоянного тока. Попробуйте его отключить и увидите, что фильтр будет компенсировать все просто отлично... но не долго... До тех пор пока конденсатор не разрядится.

В этом и есть следующий компромис - что для хорошей компенсации напряжение звена постоянного тока ДОЛЖНО иметь пульсации. Ведь еще в других простых словах фильтр что делает? Он забирает энергию гармоник и реактивную мощность в одной части периода а затем выдает ее в другой части периода, когда это необходимо. Ну а энергию где-то же хранить надо? Вот она и сохраняется в конденсаторе.

Если же вы пульсации задавите настроив слишком большие коэфициенты контроллера звена пост. тока то естественно компенсация будет плохая.

В 69 сообщения я привел вырезку из статьи по расчет емкости. Так вот, там формула имеет вид: Sn/(2*w*Udc*dUdc) где Sn - номинальная мощность, w - базовая частота (50Гц как я понял), Udc - максимальное напряжение на кондере, dUdc - пульсации напряжения на нем. получается, что : 10кВА/(2*50*650*8,5)=0.0180996 Ф

Что то помоему тут не так...

Конечно не так, если Вы не знаете, что w не равняется 50Гц... Совет - проверяйте формулы не отходя от кассы. Прежде чем подставлять свои значения, подставте значения автора формулы и проверьте результат с приведенным.

 

ПС Мне эта формула нравится больше - она показывает более реальный результат.

[carliker 0]

Все теперь понятно, все сошлой практически....в модели 8000, у меня 7600

Изменено 23 декабря, 2009 пользователем carliker

[syoma 1]

У меня тоже при 100А индуктивного тока - это 23кВар и 1026мкФ последняя формула выдает около 55В размах пульсаций. Я так понимаю, что это амплитуда и пик-пик при этом порядка 110В. Это соответствует моему моделированию в 70ом сообщении.