Математическое описание трехуровневого преобразователя частоты с фиксированной нейтралью на базе активного выпрямителя и автономного инвертора напряжения

Abstract

Предложено математическое описание трехуровневого преобразователя частоты с фиксированной нейтралью (3У-ПЧ с ФН) на базе активного выпрямителя и автономного инвертора напряжения (АВН и АИН), которое позволяет исследовать электромагнитные процессы и анализировать электромагнитную совместимость в системе «питающая сеть – 3У ПЧ с ФН на базе АВН и АИН – нагрузка» с учетом дис- кретного характера формирования выходных напряжений АВН и АИН. В отличие от известных математических моделей 3У-ПЧ с ФН на базе АВН и АИН, основанных на принципе разделений электрической системы на подсистемы, разработанная в данной статье модель позволяет получить удобную структурную схему для синтеза системы управления. Разработанная структурная схема 3У ПЧ на базе АВН и АИН оказалась аналогична известным структурным схемам двухуровневого преобразователя частоты при пренебрежении эффекта разбаланса напряжений в звене постоянного тока, идеальной синхронизации и линеаризации коммутационных функций. Дополнительно при линеаризации была рассмотрена только область вокруг номинального значения напряжения звена постоянного тока. This paper presents a mathematical description of a three-level neutral point clamped (3L NPC) back-toback converter based on active front-end rectifier (AFE) and voltage source inverter (VSI). This description allows investigation of electromagnetic processes and analysis of the electromagnetic compatibility (EMC) of the grid – 3L NPC back-to-back converter – load system taking into account the switching functions of AFE and VSI and voltage unbalance in the DC link. The known mathematical models of the 3L NPC back-to-back converter do not provide a block diagram for development of a control system because they use the principle of electrical system separation into subsystems. The developed mathematical model provides a convenient block diagram for the synthesis of a control system neglecting the voltage unbalance in the DC link, a perfect synchronization and switching function linearization. The model is identical to the well-known two-level block diagram of the frequency converter. Linearization at the rated value of the DC voltage was considered.