Электромагнитные процессы в НПЧ анализируются с помощью метода переключающих функций.
Рассмотрим в качестве примера трехфазно-трехфазный НПЧ собранный на базе нулевой схемы выпрямителя.
При анализе электромагнитных процессов определяется следующие величины:
1. – выходные напряжения в виде рядов Фурье, где j=A,B,C;
2. – выходные токи в виде рядов Фурье;
3. рассчитываются первичные токи каждого вентильного комплекта: , , ;
4. определяются сетевые токи: , , ;
5. определяется входной коэффициент мощности;
6. определяется модуляционная характеристика – зависимость амплитуды первой гармоники напряжения e2 к выходному напряжению от глубины модуляции;
7. определяется частотная характеристика преобразователя – зависимость амплитуды первой гармоники напряжения e2 от частоты .
Допущения при анализе электромагнитных процессов:
1. индуктивность первичной цепи , угол коммутации ;
2. предполагается, что нагрузка отвечает гипотезе фильтра низкой частоты, ток i2 синусоидальный и определяется первой гармоникой напряжения e2(1);
3. тиристоры идеальные, т.е. при включенном состоянии напряжение равно нулю, а при выключенном состоянии – разрыв. Включаются и выключаютсмя тиристоры мгновенно.
Каждая из фаз НПЧ может анализироваться отдельно.
Взаимное влияние преобразователей возникает лишь при определении первичного тока сети.
Рассматриваем одну фазу.
ЭДС первичной сети:
При анализе электромагнитных процессов используются методы переключающих функций и метод деформации.
Сигналы управления связаны между собой:
α – угол управления для вентилей 1, 3, 5
α’ – угол управления для вентилей 1’, 3’, 5’
Fi , F’i – переключающая функция тока вентилей:
В НПЧ как в реверсивных преобразователях используется согласованное управление: . Исключает формирование уравнительного тока.
При синусоидальном законе управления:
Предполагается, что и функция F1 представляется виде ряда Фурье:
Угол управления заменяют на временную функцию:
Этот шаг представляет собой применение метода деформации.
Запишем выражение для вторичного напряжения:
выражения для токов через вентили:
– угол в момент переключения тока i2 через ноль фазовый угол нагрузки.
p – номера гармоник;
n – номера суммирования.
Гармоники, присутствующие в выходном напряжении преобразователя:
p =1, 2, 3, …;
n =0, 1, 2, ….
При арккосинусоидальном законе управления исчезают гармоники кратные основной: 3, 5, 7…
При определенном соотношении частот и в спектре выходного напряжения НПЧ появляются субгармонические составляющие, частота которых меньше частоты основной гармоники.
Относительное значение гармоники:
У нулевых схем спектр оказывается более сложным:
Амплитуда первой гармоники выходного напряжения НПЧ будет определяться следующим соотношением:
E1 – действующее значение сетевого напряжения.
I1(x) – функция Бесселя первого порядка.
Относительное значение первой гармоники:
Модуляционная характеристика:
Для синусоидального закона управления:
При арккосинусоидальном законе управления характеристика является линейной.
При синусоидальном законе управления выход по первой гармонике примерно на 13% больше.
При арккосинусоидальном законе управления отсутствуют гармоники кратные .