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电抗器拓扑布局与阻抗变更阐发

宣布时候: 2021/10/20 9:08:37人气:

1 弁言 
    电抗器按其特征可分为牢固电抗器和可变电抗器。跟着电力体系的成长,在良多场所都但愿电抗器的电抗值可以或许及时调理。

    可变电抗器履历了从机器式到电磁式,再到电力电子式的成长进程。机器式可调电抗器布局简略,线性度好,但不能完成电感的光滑调理,今朝操纵较少。电磁式可变电抗器经由进程转变死心的磁阻来转变电感。磁阻大,则电感小;反之,磁阻小,则电感大。电磁式可变电抗器制作工艺简略,本钱较低,在限定过电压、弥补无功功率等方面操纵潜力大。其首要错误谬误是呼应时候长,振动和噪声较大。电力电子电抗器是最近几年来研讨和开辟出来的一种新型可变电抗器,它接纳电磁手艺、电力电子手艺、节制手艺、计较机手艺等,可完成阻抗值的持续无级可调。典范代表有晶闸管式电抗器、IGBT式电抗器。

    这里首要研讨晶闸管式电力电子电抗器,它连系了传统机器式电抗器和电磁式电抗器的长处,对传统电抗器停止改良,可完成电抗值的持续无级可调,且高次谐波较小。


2 电力电子电抗器布局

    传统的机器式电抗器布局如图1所示。接纳调理分讨论式的体例来转变电抗器的电感,仅能完成阻抗的有级变更。这里所述的电力电子电抗器将传统电抗器与电力电子手艺相连系,其布局如图2所示。

 

 

    对照图1,2知,电力电子电抗器将传统电抗器的单边绕组布局设想成双边绕组布局,其低级绕组与负载、电网串接、次级绕组与电力电子阻抗变更器相接,经由进程阻抗变更节制器节制电力电子阻抗变更器的任务状况,调理电抗变更器次级绕组的电流与阻抗,转变电抗变更器低级绕组的电流和阻抗,完成电抗器的阻抗变更。


3 电力电子电抗器拓扑布局

    电力电子电抗器是一种较典范的可变电抗器。三组两两反并联的晶闸管组成电力电子阻抗变更器,经由进程节制晶闸管的导通角便可节制电抗器的等效阻抗值。其拓扑布局如图3所示。其一相的等效电路模子如图4所示。

 

    文献已具体推导了电力电子电抗器的阻抗变更道理。晶闸管节制角α与电力电子电抗器次级绕组ax端等效阻抗之间的干系为:

    当α=0°时,晶闸管全导通,电力电子电抗器次级绕组相称于短路,电流最大,低级绕组电流最大,此时电力电子电抗器低级绕组阻抗最小。

    当α=180°时,晶闸管关断,电力电子电抗器二次绕组相称于开路,电流最小,低级绕组电流最小,此时电力电子电抗器低级绕组阻抗最大。

    当α在0°~180°之间时,电力电子电抗器低级绕组阻抗介于最大值与最小值之间,且持续可调。

 

4 建模与阻抗变更阐发

    在Matlab/Simulink中,操纵电气模块PSB对三相电力电子电抗器停止建模与阻抗变更阐发。三相电力电子电抗器仿真模子包含:三相电源模块、三相可变电抗器模块、三相晶闸管阻抗变更模块、脉冲触发器模块、负载模块等。

    设置电源参数:电压峰值为,频次为50 Hz;电力电子电抗变更器功率:Pn=107VA,fn=50Hz;低级线圈参数:U1=104V,R1=2 mΩ,L1=0.05H;次级线圈参数:U2=25×105V,R2=2 mΩ,L2=0.05 H;磁阻Rm=200 Ω;励磁电感Lm=200 H。晶闸管参数利用默许值。设置Series RLC Branch的参数:R=100 Ω,L=0.05 H;C为inf,此时负载为理性负载。转变α获得仿真数据,按照此数据可描点绘出理性负载时α与电力电子电抗器的阻抗模值Z的干系图,如图5所示。

 

    由图5可见,跟着α的增大,电力电子电抗器低级绕组电压增大,电流减小,低级绕组阻抗增大,即电力电子电抗器阻抗随α的增大而增大。这与第3节中实际阐发完整分歧。

5 电力电子电抗器的操纵及尝试

5.1 电力电子电抗器式软起动器构建

    软起动器布局图如图6所示。机电起动时,起首合上K1,电力电子电抗器低级绕组与机电、电网串接。按照阻抗变更道理,阻抗变更节制器经由进程转变电力电子阻抗变更器中晶闸管的触发角,来转变电力电子电抗器低级绕组的阻抗。跟着该阻抗从大到小减小,加在机电上的电压由小逐步增大,机电转速逐步回升,当靠近额外转速时,合上K2,断开K1,软起动竣事,机电以额外转速运转。

 

5.2 软起动实

    尝试工具为Y90S-4型三相绕线机电,其额外功率1.1 kW,定子Y型毗连,额外电压380 V,额外电流2.7 A,频次50 Hz,额外转速1 390 r·min-1,功率因数为0.78。为考证电力电子电抗器在机电软起动中的操纵结果,停止了机电全压间接起动和带电力电子电抗器软起动两种尝试。

    机电空载全压间接起动:间接合上K2,机电全压间接起动,起动电流波形如图7a所示。图中,机电全压间接起动时,起动进程很短,最大起动打击电流为13.7 A,为额外电流的5.1倍;带电力电子电抗器软起动:合上K1,机电带电力电子电抗器软起动,起动电流波形如图7b所示。

 

 

    机电带电力电子电抗器起动时,起动进程较着耽误了,机电光滑地起动,最大起动打击电流为7.1 A,为额外电流的2.6倍。对照图7a,b可见,与全压间接起动比拟,带电力电子电抗器软起动能减小机电起动电流,到达掩护机电及减小机电起动对电网影响的目标。

 

6 论断

    电力电子电抗器的布局是对传统机器式可变电抗器布局的立异,这类布局具备高压与高压断绝、无源阻抗变更、对元器件的耐压请求低、阻抗无极调理等长处。已胜利利用于高压机电软起动、运动无功弥补器、静态谐波按捺、风机水泵的调速等方面,具备广漠的操纵代价。


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