А. А. Курганов

ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева» г. Саранск, Россия

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА УПРАВЛЯЕМОЙ СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЯ НА БАЗЕ КОЛЬЦЕВОЙ СХЕМЫ ВЫПРЯМИТЕЛЯ С УРАВНИТЕЛЬНЫМ РЕАКТОРОМ

Моделирование и теоретические исследования кольцевой схемы выпрямления с уравнительным реактором [1, 2] в двенадцатипульсном и шестипульсом режимах, показало достаточно перспективные возможности её практического применения. Во многих случаях требуется плавное изменение среднего значения выходного напряжения, данная задача решается применением управляемых вентилей.

Применение управляемых вентилей в кольцевой схеме с уравнительным реактором (УР) вносит некоторые особенности в работу схемы. Исследование схемы в управляемом режиме проводилось экспериментально, на макете, состоящем из силового трехфазного трансформатора с двумя вторичными обмотками, блока управляемых вентилей соединённых в кольцо и блока вентилей соединенных в мост (расположены друг под другом, образуя воздушный канал), уравнительного реактора и нагрузки состоящей из реостата и дросселя, микропроцессорной системы управления, ноутбука. Узлы макета собраны из подходящих уже имевшихся в наличии компонентов. В качестве средства регистрации и измерения использовался осциллограф Fluke 199. Макет выпрямителя и системы управления представлен на рис. 1.

Для реализации системы управления выбрана отладочная плата на базе STM32F303 (Cortex-M4) [4] (рис.2). В её составе задействованы следующие модули: два восьмиразрядных и два шестнадцатиразрядных таймера/счетчика, сторожевой таймер, последовательный интерфейс, АЦП и аналоговый компаратор. Температура полупроводниковых приборов контролируется цифровыми датчиками. Входные и выходные напряжения и ток контролируются LEM датчиками и АЦП микроконтроллера (МК).

Рис. 1 – Макет двенадцатипульсной, управляемой кольцевой схемы выпрямителя с уравнительным реактором

Первая часть – инициализация, в этой части происходит включение и настройка аппаратных средств МК, сбрасываются задействованные порты и регистры, МК подготавливается к выполнению кода.

Вторая часть – фоновый процесс. В него входят задачи не требующие режима реального времени и занимающие большую часть времени выполнения кода. К данной группе относятся задачи отображения информации на дисплее, контроль ввода информации, расчет необходимых коэффициентов и задержек.

Третья часть – процесс по прерыванию. В него входят задачи требующие от СУ определенных действий в конкретные моменты времени. К данной группе относится задачи: синхронизации с входной питающей сетью, контроль времени задержки для задания необходимого угла управления, измерение выходных параметров, обмен данными с ПК.

В настоящий момент макет экспериментальной схемы собран и проверена его работоспособность в различных режимах, выполнено несколько экспериментов необходимых для определения параметров схемы. Были исследованы реакции системы на сброс-наброс нагрузки, на изменяющуюся активную и реактивную нагрузку, определялось влияние индуктивных параметров сети на коммутацию вентилей.

Диаграммы напряжений полученные в ходе эксперимента представлены на рис. 2, а-и..

Рис.2 – Осциллограммы напряжений и токов на элементах схемы: а) напряжение на нагрузке α =30 эл.град.; б) -при α =60 эл.град.; в) напряжение на вентиле при α =30 эл.град.; г) - при α =60 эл.град.; д) напряжение на УР α =30 эл.град.; е) -при α =60 эл.град. ж) ток первичной обмотки трансформатора (фаза А) α =30 эл.град.; и) -при α =60 эл.град.

На рис. 2 а, б изображены осциллограммы выходного напряжения с углом регулирования 30 и 60 эл.град.. Увеличение тока нагрузки положительно влияет на работу УР, что выражается в симметрировании кривых напряжения и тока через элементы схемы.

На рис. 2 в, г представлены осциллограммы напряжения на вентилах, из которых видно, что проводимость составляет 120 эл.град. На рис.2 д, е приведена осциллограмма напряжения на УР. С увеличением угла управления α растет среднее по модулю значение напряжения на УР в соответствии с расчётами [2,3]. На рис. 2 ж, и представлены осциллограммы тока первичной обмотки трансформатора, которые имеют достаточно близкую к синусоидальной форму.

Полученные уровни токов и напряжений на элементах схемы полностью соответствуют расчетным [2].

Экспериментально подтверждена работоспособность, основные параметры и преимущества кольцевой схемы выпрямителя с уравнительным реактором. Фрагменты приведенного материала для неуправляемого режима изложены в №8 журнала Электротехника за 2015г. В заключение можно отметить, что полученные результаты экспериментальной проверки полностью соответствуют моделированию и имевшимся расчетным данным.

Литература:

1. Патент RU 2534041 C1. Преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное/ Ю. С. Игольников Н 02М 7/06 опубл. 27.11.2014г..

2. Кольцевая схема выпрямителя с уравнительным реактором / Ю. С. Игольников, А. А. Курганов/ Электротехника, №8, 2015г., Фирма Знак.

3. Полупроводниковые выпрямители / Под редакцией Ф.И. Ковалева, Г.П. Мостковой. М.: Энергия 1978. 448с.