RU2619919C1 - Higher-order harmonics compensation device adapted to the alternating current electric motor drive - Google Patents

Higher-order harmonics compensation device adapted to the alternating current electric motor drive Download PDF

Info

Publication number
RU2619919C1
RU2619919C1 RU2016123897A RU2016123897A RU2619919C1 RU 2619919 C1 RU2619919 C1 RU 2619919C1 RU 2016123897 A RU2016123897 A RU 2016123897A RU 2016123897 A RU2016123897 A RU 2016123897A RU 2619919 C1 RU2619919 C1 RU 2619919C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
sensor
frequency converter
compensation device
Prior art date
Application number
RU2016123897A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Николаевич Абрамович
Юрий Анатольевич Сычев
Роман Юрьевич Зимин
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет"
Priority to RU2016123897A priority Critical patent/RU2619919C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2619919C1 publication Critical patent/RU2619919C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/126—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output using passive filters

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: direct-current voltage sensor is connected to the first and second charge plates in the higher-order harmonics compensation device adapted to the alternating current electric motor drive. The DC voltage sensor output is attached to the first capacitor voltage controller input, and the output of the capacitor setting device is attached to the second voltage controller input. The compensation device inverter output is attached to the smoothing inductor input through the AC pickup of the compensation device. The smoothing inductor output is attached to the network through the output passive filter. The output of the electric line voltage sensor is attached to the first phase transformation unit input the output of which is attached to the first input of the phase alignment unit the output of which is attached to the second phase transformation unit input. The capacitor voltage controller output is attached to the second output of the phase alignment unit, the output of the second phase transformation unit is attached to the first subtract unit input.
EFFECT: harmonic constituent decrease.
1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике, а именно к устройствам компенсации высших гармоник в электрических сетях. Устройство используется совместно с частотно-регулируемым электроприводом, в котором диодный выпрямитель, используемый в преобразователе частоты, является нелинейной нагрузкой.The invention relates to electrical engineering and the electric power industry, and in particular to devices for compensating higher harmonics in electric networks. The device is used in conjunction with a variable frequency drive, in which the diode rectifier used in the frequency converter is a non-linear load.

Известно устройство для управления активным фильтром (патент JP №3125354, опубл. 27.09.1991), содержащее сумматор, регуляторы напряжения и тока, генератор, компаратор и вычислительную схему. Сумматор складывает выходной сигнал регулятора напряжения с напряжением сети; генератор вырабатывает опорный фазовый сигнал в результате контроля нулевого уровня выходного сигнала сумматора компаратором. Полученный в результате опорный фазовый сигнал поступает в вычислительную схему. Основная составляющая выходного тока источника питания определяется вычислительной схемой, после чего определяется разность между фактическим током сети и вычисленной основной гармоникой.A device for controlling an active filter is known (JP patent No. 3125354, publ. 09/27/1991), containing an adder, voltage and current regulators, a generator, a comparator and a computing circuit. The adder adds the output signal of the voltage regulator to the mains voltage; the generator generates a reference phase signal as a result of monitoring the zero output signal of the adder by the comparator. The resulting reference phase signal is supplied to the computing circuit. The main component of the output current of the power source is determined by the computational circuit, after which the difference between the actual network current and the calculated fundamental harmonic is determined.

Недостатком устройства является невозможность регулятором тока формировать, помимо задания на ток компенсации высших гармоник тока и напряжения, задание на компенсацию реактивной мощности в условиях динамичного режима работы нелинейной нагрузки. Также устройство может работать только с отдельным звеном постоянного тока.The disadvantage of this device is the inability of the current regulator to form, in addition to setting the compensation current for higher harmonics of current and voltage, a task for reactive power compensation in a dynamic non-linear load mode. Also, the device can only work with a separate DC link.

Известен активный фильтр высших гармонических составляющих токов и устройство коррекции коэффициента мощности (патент US №5977660, опубл: 02.11.1999), содержащее инвертор, контроллер, накопительные конденсаторы и выходной пассивный сглаживающий фильтр. Контроллер выполняет процедуру прогноза тока в следующий промежуток времени с целью уменьшения создаваемой нагрузкой разницы фаз между током и напряжением сети. Управляющая процедура выполняет интегрирование разницы между реальными токами в линии и их требуемыми значениями в эквивалентные промежутки времени на различных циклах переменного тока основной частоты. Интегральные величины можно комбинировать с пропорционально регулируемыми разностными токами для снижения или полной компенсации гармонических токов. Процедура балансировки токов позволяет активному фильтру выравнивать токи в многофазных силовых линиях. Все эти процедуры можно использовать как по отдельности, так и вместе.Known active filter of higher harmonic components of the currents and a power factor correction device (US patent No. 5977660, publ.: 02.11.1999) containing an inverter, controller, storage capacitors and output passive smoothing filter. The controller performs the current prediction procedure for the next period of time in order to reduce the phase difference created by the load between the current and the mains voltage. The control procedure integrates the difference between the real currents in the line and their required values at equivalent time intervals on various alternating current cycles of the fundamental frequency. Integral values can be combined with proportionally adjustable differential currents to reduce or completely compensate for harmonic currents. The current balancing procedure allows the active filter to equalize currents in multiphase power lines. All these procedures can be used both individually and together.

Недостатком данного устройства является применение алгоритма ШИМ-модуляции напряжения активного фильтра, усложняющего систему управления, а также необходимость использования отдельного звена постоянного тока активного фильтра.The disadvantage of this device is the use of the PWM modulation algorithm for the voltage of the active filter, which complicates the control system, as well as the need to use a separate DC link of the active filter.

Известное устройство компенсации высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети (патент RU №2446536, опубл. 27.03.2012), содержащее инвертор, накопительный конденсатор, выходной сглаживающий пассивный фильтр и контроллер системы управления, контроллер системы управления снабжен датчиком тока фильтра, датчиком тока сети, датчиком напряжения, формирователем импульсов на основе релейных регуляторов с изменяемой шириной гистерезиса, фазовыми преобразователями тока и напряжения, блоком фазовой синхронизации, регулятором накопительного конденсатора, причем вход датчика тока сети соединен с зажимами питающей сети, вход датчика тока фильтра соединен с зажимами линии, питающей выходной сглаживающий пассивный фильтр и инвертор, вход датчика напряжения соединен с зажимами питающей сети, выход регулятора напряжения накопительного конденсатора соединен с входами драйверов управления силовыми ключами инвертора, вход регулятора напряжения накопительного конденсатора соединен с зажимами накопительного конденсатора, выход датчика тока сети соединен с входом формирователя импульсов, выход датчика тока фильтра соединен с входом формирователя импульсов, выход датчика тока сети соединен с входом регулятора напряжения накопительного конденсатора, выход датчика напряжения соединен с входом фазового преобразователя напряжения, выход фазового преобразователя напряжения соединен с входом блока фазовой синхронизации, выход блока фазовой синхронизации соединен с входом фазового преобразователя тока, выход регулятора напряжения накопительного конденсатора соединен с входом фазового преобразователя тока, выход фазового преобразователя тока и выход регулятора напряжения накопительного конденсатора соединены с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с входами драйверов управления силовыми ключами инвертора.The known device for the compensation of higher harmonics and correction of the power factor of the network (patent RU No. 2446536, publ. March 27, 2012), comprising an inverter, a storage capacitor, an output smoothing passive filter and a control system controller, the control system controller is equipped with a filter current sensor, a network current sensor, voltage sensor, pulse shaper based on relay controllers with variable hysteresis width, phase current and voltage converters, phase synchronization unit, accumulator regulator sensor, and the input of the current sensor of the network is connected to the terminals of the mains supply, the input of the filter of the current sensor is connected to the terminals of the line supplying the output smoothing passive filter and the inverter, the input of the voltage sensor is connected to the terminals of the mains, the output of the storage capacitor voltage regulator is connected to the inputs of the power control drivers with inverter keys, the input of the storage capacitor voltage regulator is connected to the terminals of the storage capacitor, the output of the network current sensor is connected to the input of the driver pulses, the output of the filter current sensor is connected to the input of the pulse shaper, the output of the network current sensor is connected to the input of the storage capacitor voltage regulator, the output of the voltage sensor is connected to the input of the voltage phase converter, the output of the voltage phase converter is connected to the input of the phase synchronization unit, the output of the phase synchronization unit is connected with the input of the phase current converter, the output of the storage capacitor voltage regulator is connected to the input of the phase current converter, the output the phase current converter and the output of the storage capacitor voltage regulator are connected to the input of the pulse shaper, the output of which is connected to the inputs of the inverter power switch drivers.

Недостатком данного устройства при использовании совместно с регулируемым электроприводом переменного тока является необходимость применения отдельного звена постоянного тока для устройства компенсации.The disadvantage of this device when used in conjunction with an adjustable AC electric drive is the need to use a separate DC link for the compensation device.

Известен активный фильтр (патент JP №6091711, опубл. 04.03.1988), содержащий инвертор, накопительный конденсатор, вычислительные схемы и блок памяти. Выходной ток активного фильтра корректируется в зависимости от регулирующей величины тока, в качестве которой используется высокочастотная составляющая тока нелинейной нагрузки. Активный фильтр в данном устройстве содержит вычислительные схемы, определяющие разность между регулирующей величиной тока и выходным током фильтра, и блок памяти, на вход которого поступает выходной сигнал схем, где записана, по меньшей мере, часть периода регулирующей величины тока. В самообучающихся схемах управления за опорные приняты моменты времени, следующие через интервалы запаздывания, например, равные одному периоду регулирующей величины тока. Вычислительные схемы вырабатывают сигнал корректировки регулирующей величины тока в результате считывания содержимого блока памяти с опережением опорных моментов времени на определенный интервал, равный времени запаздывания выходного тока фильтра.Known active filter (JP patent No. 6091711, publ. 04.03.1988) containing an inverter, a storage capacitor, computational circuits and a memory unit. The output current of the active filter is adjusted depending on the regulatory value of the current, which is used as the high-frequency component of the current of the nonlinear load. The active filter in this device contains computational circuits that determine the difference between the regulating current value and the output current of the filter, and a memory unit, the input of which receives the output signal of the circuits, where at least part of the period of the regulating current value is recorded. In self-learning control circuits, the time moments following the delay intervals, for example, equal to one period of the current control value, are taken as the reference ones. Computational circuits generate a signal for adjusting the current regulating value as a result of reading the contents of the memory block ahead of the reference time points by a certain interval equal to the delay time of the filter output current.

Недостатком является невозможность выполнения фазовой синхронизации напряжения и тока компенсируемой сети, а механизм подавления высших гармоник основан на корректировке регулирующей величины тока в течение времени запаздывания фильтра, что в условиях режима динамичного изменения тока нелинейной нагрузки не позволит фиксировать и отрабатывать резкие скачки тока сети. В устройстве отсутствует регулятор напряжения накопительного конденсатора для управления величиной компенсационного тока и отработки резких изменений тока компенсируемой нагрузки. Устройство не позволяет инвертору активного фильтра работать с переменной частотой широтно-импульсной модуляции (ШИМ).The disadvantage is the impossibility of phase synchronization of the voltage and current of the compensated network, and the mechanism for suppressing higher harmonics is based on the adjustment of the regulating current during the filter delay time, which under the conditions of the dynamic change of the current of the nonlinear load will not allow fixing and working out sudden surges of the network current. The device does not have a voltage regulator for the storage capacitor to control the magnitude of the compensation current and to work out sudden changes in the current of the compensated load. The device does not allow the inverter of the active filter to work with a variable frequency pulse width modulation (PWM).

Известно устройство управления активным фильтром (патент JP №6055009, опубл. 25.05.1989), содержащее блок фазовой синхронизации, вычислительные схемы, накопительный конденсатор и инвертор. Блок фазовой синхронизации вырабатывает фазовые сигналы синхронно с напряжением источника, которые обрабатываются вычислительными схемами. В результате формируются высокочастотные сигналы тока, являющиеся разностью между сигналами тока основной гармоники и сигналами измерения тока нагрузки, которые используются в качестве опорных сигналов при регулировании с применением ШИМ выходного тока активного фильтра.A device for controlling an active filter (JP patent No. 6055009, publ. 05.25.1989) containing a phase synchronization unit, computational circuits, a storage capacitor and an inverter is known. The phase synchronization unit generates phase signals synchronously with the voltage of the source, which are processed by computer circuits. As a result, high-frequency current signals are generated, which are the difference between the main harmonic current signals and the load current measurement signals, which are used as reference signals when regulating the active filter's output current using PWM.

Недостатком устройства является отсутствие регулятора напряжения накопительного конденсатора, и что инвертор в составе устройства работает с постоянной частотой ШИМ.The disadvantage of this device is the lack of a voltage regulator for the storage capacitor, and that the inverter in the device operates with a constant PWM frequency.

Известен активный фильтр высших гармонических составляющих токов и устройство коррекции коэффициента мощности (патент US №5977660, опубл. 02.11.1999), содержащий инвертор, контроллер, накопительные конденсаторы и выходной пассивный сглаживающий фильтр. Контроллер выполняет процедуру прогноза тока в следующий промежуток времени с целью уменьшения создаваемой нагрузкой разницы фаз между током и напряжением сети. Управляющая процедура выполняет интегрирование разницы между реальными токами в линии и их требуемыми значениями в эквивалентные промежутки времени на различных циклах переменного тока основной частоты. Интегральные величины можно комбинировать с пропорционально регулируемыми разностными токами для снижения или полной компенсации гармонических токов. Процедура балансировки токов позволяет активному фильтру выравнивать токи в многофазных силовых линиях. Все эти процедуры можно использовать как по отдельности, так и вместе.Known active filter of higher harmonic components of the currents and the power factor correction device (US patent No. 5977660, publ. 02.11.1999) containing an inverter, controller, storage capacitors and output passive smoothing filter. The controller performs the current prediction procedure for the next period of time in order to reduce the phase difference created by the load between the current and the mains voltage. The control procedure integrates the difference between the real currents in the line and their required values at equivalent time intervals on various alternating current cycles of the fundamental frequency. Integral values can be combined with proportionally adjustable differential currents to reduce or completely compensate for harmonic currents. The current balancing procedure allows the active filter to equalize currents in multiphase power lines. All these procedures can be used both individually and together.

Недостатком является невозможность инвертора работать с переменной частотой ШИМ.The disadvantage is the inability of the inverter to operate with a variable PWM frequency.

Известно устройство компенсации высших гармоник, адаптированное к электроприводу переменного тока (патент RU №2514439, опубл. 27.04.2014 г.), принятое за прототип, содержащее инвертор, повышающий трансформатор и контроллер системы управления, отличающееся тем, что зажим «+» инвертора устройства компенсации подключен через датчик постоянного тока устройства компенсации к зажиму «+» неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты, зажим «-» инвертора устройства компенсации подключен к зажиму «-» неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты, зажим «+» неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты подключен через датчик постоянного тока преобразователя частоты к первой обкладке накопительного конденсатора, зажим «-» неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты подключен ко второй обкладке накопительного конденсатора, выход инвертора устройства компенсации подключен к обмотке высшего напряжения повышающего трансформатора, обмотка низшего напряжения повышающего трансформатора подключена через датчик переменного тока устройства компенсации к сети, вход неуправляемого выпрямителя подключен через датчик переменного тока преобразователя частоты к сети, вход датчика напряжения сети соединен с зажимами питающей сети, выход датчика напряжения сети подключен к входу блока расчета мгновенных фазовых углов напряжения сети, выход блока расчета мгновенных фазовых углов напряжения сети подключен к первому входу блока умножения, выход датчика постоянного тока преобразователя частоты подключен к входу первого блока вычисления среднего значения, выход первого блока вычисления среднего значения подключен к входу блока расчета амплитудного значения переменного тока преобразователя частоты, выход блока расчета амплитудного значения переменного тока преобразователя частоты подключен к первому входу сумматора, выход датчика постоянного тока устройства компенсации подключен во входу второго блока вычисления среднего значения, выход второго блока вычисления среднего значения подключен ко второму входу ПИ-регулятора, на первый вход ПИ-регулятора подается ноль, выход ПИ-регулятора подключен ко второму входу сумматора, выход сумматора подключен ко второму входу блока умножения, выход блока умножения подключен к первому входу блока вычитания, ко второму входу блока вычитания подключен выход датчика переменного тока преобразователя частоты, выход блока вычитания подключен к первому входу блока релейных регуляторов, ко второму входу блока релейных регуляторов подключен выход датчика переменного тока устройства компенсации, выход блока релейных регуляторов подключен к входам драйверов управления силовыми ключами инвертора устройства компенсации.A device for the compensation of higher harmonics is known, adapted to an AC electric drive (patent RU No. 2514439, published April 27, 2014), adopted as a prototype containing an inverter, a step-up transformer and a control system controller, characterized in that the + terminal of the device inverter the compensation device is connected via the DC sensor of the compensation device to the terminal “+” of the uncontrolled rectifier of the frequency converter, the terminal “-” of the inverter of the compensation device is connected to the terminal “-” of the uncontrolled rectifier of the frequency converter the terminals “+” of the uncontrolled rectifier of the frequency converter are connected through the DC sensor of the frequency converter to the first plate of the storage capacitor, the terminal “-” of the uncontrolled rectifier of the frequency converter is connected to the second plate of the storage capacitor, the inverter output of the compensation device is connected to the higher voltage winding of the step-up transformer, the lower voltage winding of the step-up transformer is connected through the AC sensor of the compensation device to the network, input An uncontrolled rectifier is connected through the AC sensor of the frequency converter to the network, the input of the network voltage sensor is connected to the terminals of the supply network, the output of the network voltage sensor is connected to the input of the unit for calculating the instantaneous phase angles of the network voltage, the output of the unit for calculating the instantaneous phase angles of the network voltage is connected to the first input multiplication unit, the output of the DC sensor of the frequency converter is connected to the input of the first average value calculation unit, the output of the first average value calculation unit it is connected to the input of the unit for calculating the amplitude value of the alternating current of the frequency converter, the output of the unit for calculating the amplitude of the alternating current of the frequency converter is connected to the first input of the adder, the output of the DC sensor of the compensation device is connected to the input of the second unit for calculating the average value, the output of the second unit for calculating the average value is connected to the second input of the PI controller, zero is fed to the first input of the PI controller, the output of the PI controller is connected to the second input of the adder, the output is the matrix is connected to the second input of the multiplication block, the output of the multiplication block is connected to the first input of the subtraction block, the output of the AC sensor of the frequency converter is connected to the second input of the subtractor, the output of the subtraction block is connected to the first input of the relay control unit, the output is connected to the second input of the relay block AC sensor of the compensation device, the output of the relay control unit is connected to the inputs of the drivers of the power keys of the inverter of the compensation device.

Недостатком прототипа является отсутствие возможности контроля напряжения в звене постоянного тока преобразователя частоты, а также наличие трансформатора, увеличивающего стоимость и габариты устройства.The disadvantage of the prototype is the lack of voltage control in the DC link of the frequency converter, as well as the presence of a transformer that increases the cost and dimensions of the device.

Технический результат изобретения заключается в снижении суммарных коэффициентов гармонических составляющих по напряжению и отдельных гармонических составляющих по напряжению за счет наличия пассивного фильтрокомпенсирующего устройства на выходе активного фильтра. Предлагаемое устройство может быть востребовано в сетях промышленных предприятий, где широкое распространение получили нелинейные нагрузки в виде частотно-регулируемых электроприводов.The technical result of the invention is to reduce the total coefficients of harmonic components in voltage and individual harmonic components in voltage due to the presence of a passive filter compensating device at the output of the active filter. The proposed device can be in demand in the networks of industrial enterprises, where non-linear loads in the form of variable frequency drives are widely used.

Технический результат изобретения достигается тем, что к первой и второй обкладкам накопительного конденсатора подключен датчик постоянного напряжения накопительного конденсатора преобразователя частоты, выход которого соединен с первым входом регулятора напряжения накопительного конденсатора, ко второму входу которого подключен выход задатчика напряжения накопительного конденсатора, выход инвертора устройства компенсации подключен через датчик переменного тока устройства компенсации к входу сглаживающих дросселей, выход которых через выходной пассивный фильтр подключен к сети, выход датчика напряжения сети подключен к входу первого блока фазовых преобразований, выход которого подключен к первому входу блока фазовой синхронизации, выход которого подключен к входу второго блока фазовых преобразований, ко второму входу блока фазовой синхронизации подключен выход регулятора напряжения накопительного конденсатора, выход второго блока фазовых преобразований подключен к первому входу блока вычитанияThe technical result of the invention is achieved by the fact that a constant voltage sensor of the storage capacitor of the frequency converter is connected to the first and second plates of the storage capacitor, the output of which is connected to the first input of the storage capacitor voltage regulator, to the second input of which is connected the output of the storage capacitor voltage adjuster, the output of the inverter of the compensation device is connected through the AC sensor of the compensation device to the input of the smoothing chokes, the output of which rykh through the output passive filter is connected to the network, the output of the voltage sensor is connected to the input of the first phase conversion unit, the output of which is connected to the first input of the phase synchronization unit, the output of which is connected to the input of the second phase conversion unit, the regulator output is connected to the second input of the phase synchronization unit voltage of the storage capacitor, the output of the second phase conversion unit is connected to the first input of the subtraction unit

Устройство компенсации высших гармоник, адаптированное к электроприводу переменного тока поясняется фиг.1.The device for the compensation of higher harmonics, adapted to the AC electric drive is illustrated in figure 1.

Фиг.1 - устройство компенсации высших гармоник, адаптированное к электроприводу переменного тока, где:Figure 1 - device for the compensation of higher harmonics, adapted to an AC electric drive, where:

1 - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором;1 - squirrel-cage induction motor;

2 - инвертор;2 - inverter;

3 - накопительный конденсатор преобразователя частоты;3 - storage capacitor of the frequency converter;

4 - неуправляемый выпрямитель преобразователя частоты;4 - uncontrolled rectifier of the frequency converter;

5 - инвертор устройства компенсации;5 - inverter compensation device;

6 - сглаживающие дроссели;6 - smoothing chokes;

7 - выходной пассивный фильтр;7 - output passive filter;

8 - датчик постоянного напряжения накопительного конденсатора преобразователя частоты;8 - constant voltage sensor of the storage capacitor of the frequency converter;

9 - датчик переменного тока преобразователя частоты;9 - AC sensor of the frequency converter;

10 - датчик переменного тока устройства компенсации;10 - AC sensor compensation device;

11 - датчик напряжения сети;11 - voltage sensor;

12 - задатчик напряжения накопительного конденсатора;12 - voltage adjuster of the storage capacitor;

13 - регулятор напряжения накопительного конденсатора;13 - voltage regulator of the storage capacitor;

14 - первый блок фазовых преобразований;14 - the first block of phase transformations;

15 - блок фазовой синхронизации;15 - phase synchronization unit;

16 - второй блок фазовых преобразований;16 - the second block of phase transformations;

17 - блок вычитания;17 - block subtraction;

18 - блок релейных регуляторов.18 - block relay controllers.

Устройство компенсации высших гармоник, адаптированное к электроприводу переменного тока, состоит из инвертора 2, накопительного конденсатора 3 преобразователя частоты, неуправляемого выпрямителя 4 преобразователя частоты, инвертора 5 устройства компенсации, сглаживающих дросселей 6, выходного пассивного фильтра 7, датчика 8 постоянного напряжения накопительного конденсатора преобразователя частоты, датчика 9 переменного тока преобразователя частоты, датчика 10 переменного тока устройства компенсации, датчика 11 напряжения сети, задатчика 12 напряжения накопительного конденсатора, регулятора 13 напряжения накопительного конденсатора, первого блока фазовых преобразований 14, блока фазовой синхронизации 15, второго блока фазовых преобразований 16, блока вычитания 17, блока 18 релейных регуляторов. К выходу инвертора подключен асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.The device for compensation of higher harmonics, adapted to an AC electric drive, consists of an inverter 2, a storage capacitor 3 of the frequency converter, an uncontrolled rectifier 4 of the frequency converter, an inverter 5 of the compensation device, smoothing chokes 6, an output passive filter 7, a constant voltage sensor 8 of the storage capacitor of the frequency converter , AC sensor 9 of the frequency converter, AC sensor 10 of the compensation device, network voltage sensor 11, set IC 12 of the voltage of the storage capacitor, the voltage regulator 13 of the storage capacitor, the first phase conversion unit 14, the phase synchronization unit 15, the second phase conversion unit 16, the subtraction unit 17, the relay control unit 18. An squirrel-cage induction motor is connected to the inverter output.

Вход неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты 4 подключен через датчик переменного тока преобразователя частоты 9 к сети, зажимы «+» и «-» неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты 4 подключены соответственно через первую и вторую обкладки накопительного конденсатора преобразователя частоты 3 к зажимам «+» и «-» инвертора преобразователя частоты 2, зажимы «+» и «-» инвертора устройства компенсации 5 подключены соответственно к зажимам «+» и «-» неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты 4, выход датчика переменного тока устройства компенсации 10 подключен ко второму входу блока релейных регуляторов, выход блока вычитания подключен к первому входу блока релейных регуляторов 18, выход которого подключен к инвертору устройства компенсации 5, второй вход блока вычитания 17 подключен к выходу датчика переменного тока преобразователя частоты 9.The input of the uncontrolled rectifier of the frequency converter 4 is connected through the AC sensor of the frequency converter 9 to the network, the terminals "+" and "-" of the uncontrolled rectifier of the frequency converter 4 are connected respectively through the first and second plates of the storage capacitor of the frequency converter 3 to the terminals "+" and "- ”Of the inverter of the frequency converter 2, the terminals“ + ”and“ - ”of the inverter of the compensation device 5 are connected respectively to the terminals“ + ”and“ - ”of the uncontrolled rectifier of the frequency converter 4, the output of the change sensor compensation current device 10 is connected to the second input of the relay control unit, the subtraction unit output is connected to the first input of the relay control unit 18, the output of which is connected to the inverter of the compensation device 5, the second input of the subtraction unit 17 is connected to the output of the AC sensor of the frequency converter 9.

К первой и второй обкладкам накопительного конденсатора 3 подключен датчик постоянного напряжения накопительного конденсатора преобразователя частоты 8, выход которого соединен с первым входом регулятора напряжения накопительного конденсатора 13, на второй вход которого поступает выход задатчика напряжения накопительного конденсатора 12, выход инвертора устройства компенсации 5 подключен через датчик переменного тока устройства компенсации 10 к входу сглаживающих дросселей 6, выход которых через выходной пассивный фильтр 7 подключен к сети, выход датчика напряжения сети 11 подключен к входу первого блока фазовых преобразований 14, выход которого подключен к первому входу блока фазовой синхронизации 15, выход которого подключен к входу второго блока фазовых преобразований 16, ко второму входу блока фазовой синхронизации 15 подключен выход регулятора напряжения накопительного конденсатора 13, выход второго блока фазовых преобразований 16 подключен к первому входу блока вычитания 17.To the first and second plates of the storage capacitor 3 is connected a constant voltage sensor of the storage capacitor of the frequency converter 8, the output of which is connected to the first input of the voltage regulator of the storage capacitor 13, the second input of which receives the output of the voltage regulator of the storage capacitor 12, the output of the inverter of the compensation device 5 is connected through a sensor AC compensation device 10 to the input of the smoothing chokes 6, the output of which through the output passive filter 7 is connected to network, the output of the voltage sensor of the network 11 is connected to the input of the first phase conversion unit 14, the output of which is connected to the first input of the phase synchronization unit 15, the output of which is connected to the input of the second phase conversion unit 16, the output of the accumulator voltage regulator is connected to the second input of the phase synchronization unit 15 capacitor 13, the output of the second phase conversion unit 16 is connected to the first input of the subtraction unit 17.

Устройство компенсации высших гармоник, адаптированное к электроприводу переменного тока, работает следующим образом.The device for the compensation of higher harmonics, adapted to an AC electric drive, operates as follows.

Измерительные сигналы фазных напряжений сети от датчика напряжения сети 11 поступают на вход первого блока фазовых преобразований 14, где сигналы обрабатывается в соответствии со следующими выражениями:The measuring signals of the phase voltage of the network from the voltage sensor of the network 11 are input to the first block of phase transformations 14, where the signals are processed in accordance with the following expressions:

Figure 00000001
Figure 00000001

где u a , ub, uc - измеренные фазные напряжения искаженной сети; uα, иβ - преобразованные фазные напряжения искаженной сети в системе координат αβ0. Фазовые преобразования позволяют определить угол ϕ между изображающим вектором искаженного напряжения сети и его проекцией на ось α. Характер изменения и величина угла ϕ содержит информацию об уровне искажения, присутствующих высших гармониках и фазовом сдвиге напряжения и тока компенсируемой сети.where u a , u b , u c are the measured phase voltages of the distorted network; u α , and β are the transformed phase voltages of the distorted network in the coordinate system αβ0. Phase transformations determine the angle ϕ between the image vector of the distorted network voltage and its projection onto the α axis. The nature of the change and the angle ϕ contains information about the level of distortion, the higher harmonics present and the phase shift of the voltage and current of the compensated network.

Сигналы uα, uβ от первого блока фазовых преобразований 14 поступают на первый вход блока фазовой синхронизации 15, который выполняет подстройку направляющих косинусов и синусов угла ϕ так, чтобы полученная в результате этого величина ϕ/ соответствовала синусоидальной форме кривых напряжения сети. Исходные направляющие косинусы и синусы определяются следующим образом:The signals u α , u β from the first phase conversion unit 14 are fed to the first input of the phase synchronization unit 15, which adjusts the direction cosines and sines of the angle ϕ so that the resulting value ϕ / corresponds to the sinusoidal shape of the network voltage curves. The initial guide cosines and sines are defined as follows:

Figure 00000002
Figure 00000002

Сигнал задатчика напряжения в звене постоянного тока поступает на второй вход регулятора напряжения накопительного конденсатора 13, на первый вход регулятора напряжения накопительного конденсатора 13 приходит сигнал фактического напряжения звена постоянного тока с датчика постоянного напряжения накопительного конденсатора 8. Сравнивая заданную и фактическую величину напряжения накопительного конденсатора преобразователя частоты 3, регулятор напряжения накопительного конденсатора 13 формирует сигнал задания по току iз, который поступает на второй вход блока фазовой синхронизации 15.The signal of the voltage regulator in the DC link is supplied to the second input of the storage capacitor voltage regulator 13, the signal of the actual voltage of the DC link from the storage capacitor constant voltage sensor 8 is received at the first input of the voltage regulator of the storage capacitor 8. Comparing the set and actual value of the voltage of the storage capacitor of the frequency converter 3, the voltage regulator of the storage capacitor 13 generates a current reference signal i z , which falls on the second input of the phase synchronization block 15.

После обработки блоком фазовой синхронизации 15 скорректированные направляющие синусы cosϕ/ и косинусы sinϕ/, соответствующие синусоидальной форме кривых напряжений сети, умножаются на сигнал задания по току iз от регулятора напряжения накопительного конденсатора преобразователя частоты 13, согласно следующим формулам:After processing the phase synchronization unit 15 guides adjusted sinuses cosφ / cosines and sinφ /, respective sinusoidal curves mains voltages are multiplied by the reference signal current i s of the storage capacitor voltage controller of the frequency converter 13, according to the following formulas:

Figure 00000003
Figure 00000003

в результате чего получаются сигналы задания по току iзα и iзβ в системе координат αβ0, синфазного с напряжением сети. После этого сигналы iзα и iзβ поступают на вход второго блока фазовых преобразований 16.as a result, current reference signals i zα and i zβ are obtained in the coordinate system αβ0, in phase with the mains voltage. After that, the signals i zα and i zβ are fed to the input of the second block of phase transformations 16.

Сигналы iзα и iзβ на выходе второго блока фазовых преобразований 16 формируются в соответствии со следующими выражениями:The signals i zα and i zβ at the output of the second block of phase transformations 16 are formed in accordance with the following expressions:

Figure 00000004
Figure 00000004

Далее сигналы поступают на первый вход блок вычитания 17. На второй вход блока вычитаний приходят сигналы тока нелинейной нагрузки с датчика переменного тока преобразователя частоты 9. В блоке вычитания 17 происходит формирование опорного тока io a , iob, ioc в соответствие с выражениями:Next, the signals are fed to the first input of the subtraction unit 17. The signals of the nonlinear load current from the AC sensor of the frequency converter 9 come to the second input of the subtraction unit. In the subtraction unit 17, the reference current i o a , i ob , i oc is formed in accordance with the expressions:

Figure 00000005
Figure 00000005

где in a , inb, inc - сигнал тока нелинейной нагрузки, формируемый датчиком переменного тока преобразователя частоты.where i n a , i nb , i nc is the non-linear load current signal generated by the AC sensor of the frequency converter.

С выхода блока вычитаний сигналы опорного тока io a , iob, ioc поступают на первый вход блока релейных регуляторов 18, на второй вход блока релейных регуляторов приходит сигнал фактического тока iф а , iфb, iфc инвертора компенсации 5 с датчика переменного тока устройства компенсации 10. В блоке релейных регуляторов 18 происходит сравнение опорного и фактического тока и формирование импульсов для управления силовыми ключами инвертора устройства компенсации 5.From the output of the subtraction block, the signals of the reference current i o a , i ob , i oc go to the first input of the block of relay controllers 18, the signal of the actual current i f a , i fb , i fc of the compensation inverter 5 comes from the variable sensor to the second input of the block of relay controllers current compensation device 10. In the block of relay controllers 18 is a comparison of the reference and actual current and the formation of pulses for controlling the power keys of the inverter of the compensation device 5.

Предлагаемое устройство компенсации высших гармоник, адаптированное к электроприводу переменного тока, позволяет обеспечить эффективную компенсацию высших гармонических составляющих по току и напряжению, а также повысить энергоэффективность частотно-регулируемого электропривода за счет компенсации реактивной мощности и рекуперации энергии в режиме торможения электродвигателя. Устройство позволяет поддерживать заданный уровень напряжения в звене постоянного тока преобразователя частоты для обеспечения устойчивой работы электродвигателя при отклонениях и кратковременных провалах напряжения, а также при внешних коротких замыканиях в сети.The proposed device for the compensation of higher harmonics, adapted to an AC electric drive, allows for efficient compensation of higher harmonic components in current and voltage, as well as to increase the energy efficiency of a frequency-controlled electric drive by compensating reactive power and recovering energy in the braking mode of the electric motor. The device allows you to maintain a given voltage level in the DC link of the frequency converter to ensure stable operation of the motor with deviations and short-term voltage dips, as well as with external short circuits in the network.

Аппаратная реализация предлагаемого устройства может быть осуществлена с помощью существующих силовых электротехнических, электронных и микропроцессорных устройств при надлежащем выборе и настройке соответствующих параметров.The hardware implementation of the proposed device can be carried out using existing power electrical, electronic and microprocessor devices with proper selection and configuration of the relevant parameters.

Claims (1)

Устройство компенсации высших гармоник, адаптированное к электроприводу переменного тока, содержащее инвертор, неуправляемый выпрямитель преобразователя частоты, накопительный конденсатор преобразователя частоты, инвертор устройства компенсации, датчик напряжения сети, датчик переменного тока преобразователя частоты, датчик переменного тока устройства компенсации, блок вычитания и блок релейных регуляторов, причем вход неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты подключен через датчик переменного тока преобразователя частоты к сети, зажимы «+» и «-» неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты подключены соответственно через первую и вторую обкладки накопительного конденсатора преобразователя частоты к зажимам «+» и «-» инвертора преобразователя частоты, зажимы «+» и «-» инвертора устройства компенсации подключены соответственно к зажимам «+» и «-» неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты, выход датчика переменного тока устройства компенсации подключен ко второму входу блока релейных регуляторов, выход блока вычитания подключен к первому входу блока релейных регуляторов, выход которого подключен к инвертору устройства компенсации, второй вход блока вычитания подключен к выходу датчика переменного тока преобразователя частоты, отличающееся тем, что к первой и второй обкладкам накопительного конденсатора подключен датчик постоянного напряжения накопительного конденсатора преобразователя частоты, выход которого соединен с первым входом регулятора напряжения накопительного конденсатора, ко второму входу которого подключен выход задатчика напряжения накопительного конденсатора, выход инвертора устройства компенсации подключен через датчик переменного тока устройства компенсации к входу сглаживающих дросселей, выход которых через выходной пассивный фильтр подключен к сети, выход датчика напряжения сети подключен к входу первого блока фазовых преобразований, выход которого подключен к первому входу блока фазовой синхронизации, выход которого подключен к входу второго блока фазовых преобразований, ко второму входу блока фазовой синхронизации подключен выход регулятора напряжения накопительного конденсатора, выход второго блока фазовых преобразований подключен к первому входу блока вычитания.A higher harmonic compensation device adapted to an AC electric drive, comprising an inverter, an uncontrolled rectifier of a frequency converter, a storage capacitor of a frequency converter, an inverter of a compensation device, a network voltage sensor, an AC sensor of a frequency converter, an alternating current sensor of a compensation device, a subtraction unit and a relay control unit moreover, the input of an uncontrolled rectifier of the frequency converter is connected via an AC sensor of the converter mains to the network, terminals “+” and “-” of the uncontrolled rectifier of the frequency converter are connected respectively through the first and second plates of the storage capacitor of the frequency converter to terminals “+” and “-” of the inverter of the frequency converter, terminals “+” and “-” of the inverter of the device compensation are connected respectively to the terminals "+" and "-" of the uncontrolled rectifier of the frequency converter, the output of the compensation sensor AC sensor is connected to the second input of the relay control unit, the output of the subtraction unit is connected to the first input of the block of relay controllers, the output of which is connected to the inverter of the compensation device, the second input of the subtraction unit is connected to the output of the AC sensor of the frequency converter, characterized in that a constant voltage sensor of the storage capacitor of the frequency converter is connected to the first and second plates of the storage capacitor, the output of which is connected with the first input of the storage capacitor voltage regulator, to the second input of which the output of the storage voltage regulator is connected of the capacitor, the inverter output of the compensation device is connected through the AC sensor of the compensation device to the input of the smoothing chokes, the output of which is connected to the network through the output passive filter, the output of the network voltage sensor is connected to the input of the first phase conversion unit, the output of which is connected to the first input of the phase synchronization unit , the output of which is connected to the input of the second phase conversion unit, the output of the voltage regulator is connected to the second input of the phase synchronization unit ln capacitor, the output of the second phase conversion unit is connected to the first input of the subtraction unit.
RU2016123897A 2016-06-15 2016-06-15 Higher-order harmonics compensation device adapted to the alternating current electric motor drive RU2619919C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016123897A RU2619919C1 (en) 2016-06-15 2016-06-15 Higher-order harmonics compensation device adapted to the alternating current electric motor drive

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016123897A RU2619919C1 (en) 2016-06-15 2016-06-15 Higher-order harmonics compensation device adapted to the alternating current electric motor drive

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2619919C1 true RU2619919C1 (en) 2017-05-19

Family

ID=58715812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016123897A RU2619919C1 (en) 2016-06-15 2016-06-15 Higher-order harmonics compensation device adapted to the alternating current electric motor drive

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2619919C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU176107U1 (en) * 2017-07-10 2018-01-09 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" HYBRID COMPENSATION DEVICE FOR HIGH HARMONICS
RU186338U1 (en) * 2018-06-22 2019-01-16 Дмитрий Валерьевич Хачатуров Cabinet of electric motor control station
RU2749523C1 (en) * 2020-12-18 2021-06-11 Публичное акционерное общество "Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы" Method for adaptive compensation of higher harmonics in ac power grid

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5977660A (en) * 1996-08-09 1999-11-02 Mesta Electronics, Inc. Active harmonic filter and power factor corrector
RU2446536C1 (en) * 2010-11-30 2012-03-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" Device to compensate high harmonics and correct grid power ratio
RU2514439C2 (en) * 2012-08-07 2014-04-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Липецкий государственный технический университет (ЛГТУ) Higher harmonic compensation device adapted to alternating current drive

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5977660A (en) * 1996-08-09 1999-11-02 Mesta Electronics, Inc. Active harmonic filter and power factor corrector
RU2446536C1 (en) * 2010-11-30 2012-03-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" Device to compensate high harmonics and correct grid power ratio
RU2514439C2 (en) * 2012-08-07 2014-04-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Липецкий государственный технический университет (ЛГТУ) Higher harmonic compensation device adapted to alternating current drive

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU176107U1 (en) * 2017-07-10 2018-01-09 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" HYBRID COMPENSATION DEVICE FOR HIGH HARMONICS
RU186338U1 (en) * 2018-06-22 2019-01-16 Дмитрий Валерьевич Хачатуров Cabinet of electric motor control station
RU2749523C1 (en) * 2020-12-18 2021-06-11 Публичное акционерное общество "Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы" Method for adaptive compensation of higher harmonics in ac power grid

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2446536C1 (en) Device to compensate high harmonics and correct grid power ratio
US9812862B2 (en) Paralleling of active filters with independent controls
JP5097453B2 (en) Power converter
RU2514439C2 (en) Higher harmonic compensation device adapted to alternating current drive
RU2619919C1 (en) Higher-order harmonics compensation device adapted to the alternating current electric motor drive
RU2354025C1 (en) Method for high harmonics compensation and system power factor correction
KR101562848B1 (en) Method for uninterruptible power supply system control by using active damping control scheme and repeat control techniques
RU155594U1 (en) MULTIFUNCTIONAL ELECTRICITY QUALITY REGULATOR FOR THREE PHASE DISTRIBUTION SYSTEMS OF ELECTRICITY SUPPLY OF 0.4 KV
AU2012317885A1 (en) Power converter control method
RU176107U1 (en) HYBRID COMPENSATION DEVICE FOR HIGH HARMONICS
JP2010022141A (en) Power controller
TW201711367A (en) Conversion device and method for controlling the same
RU2413350C1 (en) Method to compensate high harmonics and correction of grid power ratio
RU2008125123A (en) METHOD FOR APPLYING A CONVERSION SCHEME AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THE METHOD
RU128031U1 (en) HARMONIC CURRENT COMPENSATION AND REACTIVE POWER DEVICE
JP6834018B2 (en) Power converter
RU2573599C1 (en) Device to compensate high harmonics and correct grid asymmetry
RU2512886C1 (en) Device to compensate high harmonics and correct grid power ratio
RU2741061C1 (en) Multi-level active filter control system
RU2674166C1 (en) Method of compensation of higher harmonics and improving the quality of consumed power energy
RU198721U1 (en) DEVICE FOR SUPPRESSING HIGHER HARMONICS AND CORRECTING THE MAINS POWER FACTOR
JP5673168B2 (en) Power converter
RU2657007C1 (en) Device for compensation of higher harmonics and recovery of energy into mains adapted to ac electric drive
RU185875U1 (en) HYBRID COMPENSATION DEVICE FOR HIGH HARMONICS
JP6833654B2 (en) Electric motor drive

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200616