ГОСТ IEC/TS 61800-8-2017

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ

(МГС)

INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION

(ISC)

ГОСТ

IEC/TS 61800-8—

2017

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИВОДНЫЕ СИСТЕМЫ С РЕГУЛИРУЕМОЙ СКОРОСТЬЮ

Часть 8

Спецификация напряжения на силовом сопряжении

(lECrrS 61800-8:2010, ЮТ)

Издание официальное

Москва

Стандартинформ

2018

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-2015 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-2015 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные. правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1    ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ» (ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ») и Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт стандартизации и сертификации в машиностроении» (ВНИИНМАШ) на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 5

2    ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3    ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 25 сентября 2017 г. Ne 103-П)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны no МК (ИСО 3166)004—97 Код страны по МК (ИСО 3166)004—97 Сокращенное наименование национального органа по стандартизации Армения AM Минэкономики Республики Армения Беларусь BY Госстандарт Республики Беларусь Казахстан KZ Госстандарт Республики Казахстан Киргизия KG Кыргызстандарт Россия RU Росстандарт Узбекистан UZ Узстандарт Украина UA Минэкономразвития Украины

4    Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 9 ноября 2018 г. № 958-ст межгосударственный стандарт ГОСТ IEC/TS 61800-8—2017 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 июня 2019 г.

5    Настоящий стандарт идентичен международному документу IEC/TS 61800-8:2010 «Электрические приводные системы с регулируемой скоростью. Часть 8. Спецификация напряжения на силовом сопряжении» («Adjustable speed electrical power drive systems — Part 8: Specification of voltage on the power interface», IDT).

Международный стандарт разработан Техническим комитетом по стандартизации ТС 2 «Вращающиеся машины» Международной электротехнической комиссии (IEC).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

4.3 Представление в виде четырехполюсника

Для описания сигналов напряжения на клеммах двигателя преимущественно используется принцип четырехполюсника

Есть два основных вида четырехполюсников, которые позволяют описать прохождение сигнала в различных моделях систем:

–    усилительный элемент в дифференциальной модели (изолированной от земли);

–    суммирующий элемент в синфазной модели (учитывающей влияние паразитных связей на смещение напряжений относительно идеальной земли).

4.3.1 Усилительный элемент

На рисунке 6 показан усилительный элемент В этом случае выходное напряжение четырехполюсника может быть определено по формуле

V₀u« = kV_jn.    (1)

4.3.2 Суммирующий элемент

о—•

^V°*

о    о

Рисунок 7 — Суммирующий элемент четырехполюсника

Для суммирующего элемента, показанного на рисунке 7. выходное напряжение четырехполюсника может быть определено по формуле

Veut-WV*    (2)

Соотношения между выходными напряжениями V_out и значениями входного напряжения V_jn относительно основных параметров, приведенных в главе 4, таких как амплитудные напряжения и время нарастания, позволяет описать всю систему, включая сетевой ввод, вход преобразователя, выход преобразователя, выходной фильтр, кабели, вход двигателя Условия заземления могут влиять или искажать отношения между напряжениями и будут рассматриваться как горизонтальные элементы системы потенциалов относительно земли.

4.4 Дифференциальные и синфазные модели систем

4.4.1 Общие положения

В теории сигналов широко используется процедура разделения режимов работы системы на синфазный (симметричный) и дифференциальный (асимметричный) Работа дифференциальной системы полностью описывается сигналами между ее проводниками. Синфазная система описывается сигналами между всеми проводниками относительно земли.

В электроприводе это разделение может быть показано на примере выходного звена инвертора (см. рисунок 8).

Рисунок 8 — Напряжения дифференциальной и синфазной модели

Выходное напряжение инвертора (Vy, V_w) можно разделить на дифференциальную (известную также как симметричная) систему напряжений V_UD, V^. и синфазную (асимметричную) V_G2.

Дифференциальными являются напряжения между тремя выходными фазами преобразователя Напряжение на каждой выходной фазе инвертора может быть рассчитано как разность выходного напряжения данной фазы нагрузки и напряжения смещения Это означает, например, для фазы U:

^vuo^uVu~^vG2    (³>

Электропривод обычно представляет собой симметричную систему, что означает, что амплитуды всех дифференциальных напряжений переменного тока (например, напряжение питающей сети, напряжения выходного преобразователя) одинаковы во всех фазах и векторы напряжения имеют фазовый сдвиг 120° по отношению друг к другу (см рисунок 9).

V а) Напряжение звена    Ь) Вращающееся выходное постоянного тока    напряжение    инвертора Рисунок 9 — Напряжения в дифференциальной системе

Напряжения постоянного тока в дифференциальном режиме определяются относительно нейтральной точки звена постоянного тока и напряжения (V^+q, Vpc- _-D). они сдвинуты на угол 180°. Таким образом, амплитуда напряжения постоянного тока дифференциального режима всегда составляет 50 % от общего напряжения звена постоянного тока от положительного до отрицательного значения.

Синфазное напряжение — это напряжение смещения от идеальной точки «звезды» выходных напряжений трех выходных фаз до потенциала идеальной земли Оно может быть рассчитано следующим образом

Для дифференциальной и синфазной моделей систем эквивалентная схема может быть создана с использованием описанных четырехполюсников

4.4.2 Дифференциальные модели

Блок-схема дифференциальной системы представлена на рисунке 10.

Сетевое звено Выпрямитель    Инвертор    Фильтр    Каболь    Двигатель

Рисунок 10 — Блок-схема для получения напряжения на клеммах двигателя в дифференциальной модели системы с использованием элементов четырехполюсника

Максимальное линейное напряжение на двигателе может быть рассчитано по формуле

^РР motor ^{= v}sTI^kDi-

i=1

На рисунке 11 приведен пример практической реализации данной системы.

Напряжения могут быть пошагово рассчитаны по следующим формулам:

Сетевое звено vs (6) Входной выпрямитель Vd = kD1Vs (7) Инвертор Vpp2 = kD2 ‘ Vd (8) Выходной фильтр VPP3 = kD3′ VPP2 (9) Кабельное звено VPP4 = kD4 1 VPP3 = VPP motor (Ю)

4.4.3 Синфазные модели

Блок-схема для синфазной системы представлена на рисунке 12.

Напряжения в синфазной модели системы могут быть рассчитаны:

Сетевое звено    Vqq    =    k_Co^vs    <«>

Входной выпрямитель    V_G1    =    V_G0    ⁺    kc,    •    V_s    =    (k_co    –    k_ci)    •    V_s    (12)

Инвертор    V_G2    =    V_G1    +    k_C2    •    k_D1    •    V_s    =    (k_co    –    k_ci    -k£₂ • k_D1) • V_s    (13)

^G3 ^{= k}c3 ‘ ^G2 ⁼ ксз ^^kco “ kci “ k_C2 • k₀₁) • V_s    (14)

9

На рисунке 12 выходной фильтр синфазного режима соединен с потенциалом земли. В некоторых применениях выходные фильтры подключены к потенциалу NP В этих случаях фильтр влияет только на синфазное напряжение на выходе инвертора и (14) имеет следующий вид:

Vq3 ⁼ V_G2 + k_C3 • kc2 ■ ^di •    ⁼    (kco    –    –    k£₃    •    k_C2    •    Koi)    •    V_s.    (15)

Кабельное звено V_G4 = k_C4 • V_G3.    (16)

Максимальное фазное напряжение на зажимах двигателя может быть рассчитано по формуле

4    2    4

VpGmotor ⁼“7Г^РРmotor ⁺^04 = ~7Г^VS ‘П^kD« ^{+ V}S X^kCi П^кС.    <¹⁷)

v3    V з _Й1    Vm    Уй=3

Коэффициенты усиления k_D1 … к^, к^… к^ и коэффициенты в синфазном режиме к£₀… k_C2 будут объяснены и определены в следующих разделах в зависимости от схемотехники электропривода (PDS).

5 Сетевое звено

5.1    Общие положения

В данном разделе приводится описание систем электропитания. Основные возможные различные системы электропитания (TN-. ТТ- и ГТ-системы) описаны в приложении А, в том числе и влияние заземления.

Для данного сетевого звена и входного звена преобразователя (выпрямителя) раздела 6 система питания ТТ отдельно не рассматривается, так как ее влияние не отличается от влияния системы TN.

5.2    Система питания TN

5.2.1    Общие положения

Системы электропитания TN имеют одну непосредственно заземленную точку, оголенные проводящие части установки соединены с этой точкой с помощью защитных проводников. Три типа систем TN рассматриваются в соответствии с расположением нейтральных и защитных проводников следующим образом:

–    Система TN-S: система, в которой по всей системе используется отдельный защитный проводник;

–    Система TN-C-S: система, в которой нейтральные и защитные функции объединены в одном проводнике в части системы;

–    Система TN-С: система, в которой нейтральные и защитные функции объединены в одном проводнике по всей системе.

5.2.2    Заземление нулевой точки одной фазы

В общем случае одна произвольная точка может быть заземлена в указанных системах питания. В результате с этой точки заземления возникают различные синфазные напряжения. Согласно схемам на рисунках 11 и 14 синфазное напряжение достигает минимального и максимального значений:

–    минимум определяется в случае звездной точки заземления с к^ * 0;

–    максимум определяется в случае углового заземления как k^ = V_s/V3.

Раздельные нейтральный и защитный проводники Отдельный заземленный фазный провод и защитный по всей системе (к^ = 0)    проводник    по    всей    системе    (k^    =    1/SQR    3)

Рисунок 14 — TN-S-система питания

5.3    Система питания IT

В случае системы питания IT все провода изолированы от потенциала земли. Это приводит (см. рисунок 11) к неопределенному значению V_co. В практических случаях паразитные сопротивления более или менее симметричны, что приводит к значению ^ксО ⁼ 0-

Отклонение от этого случая может произойти, если в этой установке происходит замыкание на землю. В таких случаях значение может достигать

5.4    Результирующий коэффициент усиления сетевого звена в дифференциальной модели

Таблица 1 — Коэффициент усиления сетевого звена в дифференциальной модели

TN-питание 1Т-питание WSN 1 1 Примечание — Величина Vs должная учитывать колебания сетевого напряжения

5.5 Результирующее влияние сетевого звена в синфазной модели

Таблица 2 — Коэффициент усиления сетевого эвена в синфазной модели

TN-питание 1Т-питание центральная система заземления Потенциал связан с номинальным напряжением питания 0 при заземленной нейтрали 1/V3 при заземленной фазе Не определено, по крайней мере ограничено 1/>/3

6 Входное звено преобразователя

6.1    Анализ исходных напряжений

Низкочастотный потенциал заземления выходной клеммы инвертора определяется напряжением звена постоянного тока (V₀) и опорным потенциалом напряжения звена постоянного тока (V_G1) (см. рисунок 5).

Потенциал относительно земли выхода инвертора равен

V_G1±V_d/2.    (18)

Потенциал выходного напряжения инвертора относительно земли зависит от состояния ключей инвертора.

6.1.1    Напряжение звена постоянного тока преобразователя (V_d)

Напряжение звена постоянного тока в основном определяется типом выпрямителя и фильтрующим действием сопротивления в линии питания и/или звене постоянного тока и величиной емкости в звене постоянного тока. Пульсации напряжения постоянного тока, как правило, незначительны.

Напряжение звена постоянного тока зависит от следующих обстоятельств:

–    тип выпрямителя (однофазный диодный неуправляемый, трехфазный диодный неуправляемый, трехфазный управляемый);

–    тип инвертора (одна фаза/три фазы и с/без торможения постоянным током);

–    сопротивление соединительной линии;

–    нагрузка.

6.1.2    Потенциал звена постоянного тока относительно земли

Потенциал относительно земли V_G1 звена постоянного тока, как правило, очень близок к потенциалу заземления, если применены системы TN- или IT-питания (см. раздел 5) или нейтральная точка постоянного тока конденсатора заземлена каким-либо способом. Даже если применяется незаземленная система питания (IT), среднее значение V_G1 может оставаться близким к потенциалу заземления. Но это также зависит от сопротивления цепи заземления выходного фильтра, кабеля и двигателя.

и

Средние значения V_G1, V_djf и соответствуют V_G0, Vqq + V_d/2 ^{и V}G0 “ ^V<J /2. показанным на рисунке 16. В этом случае в цепи постоянного тока потенциал V_G1, как правило, зависит от состояния переключения инвертора и заземления преобразователя, выходного фильтра и двигателя.

Рисунок 17 — Типичная конфигурация инвертора напряжения с неуправляемым однофазным выпрямителем

L, и L₂ для систем питания TN или ТТ

V ^и Ч*- отличаются друг от друга расположением реактора звена постоянного тока. Реактор звена постоянного тока обычно устанавливается только на положительной стороне. В этом случае V₀. V_d. и V не являются постоянными, но изменяются, как показано на рисунке 17. Если реакторы звена постоянного тока установлены симметрично по обе стороны от звена постоянного тока, то V_d* и становятся постоянными, как показано на том же рисунке.

6.2.1.2 Напряжение звена постоянного тока

Для всех трех случаев напряжение звена постоянного тока однофазного диодного выпрямителя рассчитывается следующим образом (если пренебречь коммутацией и при отсутствии нагрузки):

Как показано на рисунке 18, пиковое напряжение постоянного тока однофазного диодного выпрямителя теоретически равно 157 % при отсутствии нагрузки преобразователя без учета изменения напряжения питания. Если учитывать изменение напряжения питания и торможение ОС. то максимальное напряжение постоянного тока будет выше.

Иногда стабилизирующее сопротивление (BR) может быть использовано для снижения пикового напряжения постоянного тока.

6.2.1.3 Потенциал относительно земли V_G

Типичные значения напряжения, включающие потенциал V_G относительно земли, показаны на рисунке 16 для трех схем питания (см. 6.2.1).

Таблица 3 — Максимальные значения потенциалов преобразователей с однофазным питанием при холостом ходе (режим торможения отсутствует)

Однофазный диодный выпрямитель на рисунке 15 при питании от L и N для систем питания TN или ТТ Однофазный диодный выпрямитель на рисунке 16 при питании от L1 и L2 для систем питания IT Однофазный диодный выпрямитель на рисунке 16 при питании от L1 и L2 для систем питания TN или ТТ с несимметричным реактором постоянного тока Однофазный диодный выпрямитель на рисунке 16 при питании от И и 12 для систем питания TN или ТТ с симметричным реактором постоянного тока Vd*’Vs Л Vgo’Vs+ Л Л Л/2 VGl’Vs Vgo/Vs± Л/2 vG0‘Vs ± Л/2 ± Л/2 Vgo’Vs v*-/vs -Л VM‘VS– Л -Л -Л/2 (V-vdj/vs Л л л Л

6.3 Преобразователь напряжения со звеном постоянного тока и трехфазным неуправляемым выпрямителем на входе преобразователя

6.3.1    Инвертор напряжения (VSI) с трехфазным неуправляемым выпрямителем

6.3.1.1    Общие положения

На рисунке 19 показана типичная схема такого инвертора напряжения.

Трехфазный неуправляемый выпрямитель применяется в двух вариантах в зависимости от того, какая система заземления (TN. ТТ или IT) используется.

Значения V_G1. V_d+ и зависят от схемы установки реактора постоянного тока Обычно его устанавливают только на стороне положительного напряжения В этом случае V_G1, V_d+ и не являются постоянными, а изменяются так. как показано на рисунке 20 справа вверху. Если реактор постоянного тока симметричный, то V_G1, V_d+ и становятся постоянными, как показано на рисунке 20 внизу.

V.. Vqi vd. VG1 vd V vd VG1 ’d- -V.

a) VG1 – 0 Ь) VG1 « +4J2 с) VG1 – -VJ2

Рисунок 21 — Источник напряжения с трехфазным неуправляемым выпрямителем, питающимся от системы IT

Средние значения ^VGf ^Vd* ^{и V}d- обычно равны ^VG0- (V_Go ⁺ V^/2) и (Vqq – V_d/2) соответственно, как показано на рисунке 21 Но в этом случае на потенциал сети постоянного тока V_G1 обычно влияют условия коммутации инвертора и условия заземления преобразователя, а также выходного фильтра и двигателя Без реактора постоянного тока схема, представленная на рисунке 21. остается неизменной В случае наличия активных ключей, установленных параллельно с диодами выпрямителя, которые работают синхронно с частотой сети, характеристика остается неизменной.

6.3.1.2 Напряжение звена постоянного тока

Если пренебречь переходным сопротивлением, то в обоих случаях напряжение звена постоянного тока трехфазного диодного выпрямителя рассчитывается следующим образом:

к к

1 2®    fiJ?

v_d = ^- j yf2 V_s sin o>t dot = V_s sin (л / 6) = 1.35 V_s.    (20)

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

© Стандартинформ. оформление. 2018

В Российской Федерации настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

Пиковое напряжение постоянного тока трехфазного неуправляемого выпрямителя без умета колебаний напряжения питающей сети равно 105 % в режиме холостого хода. На рисунке 23 показана типичная зависимость между напряжением постоянного тока и нагрузкой без режима торможения. Если принимать во внимание изменения питающего напряжения и тормозной режим, то максимальное напряжение постоянного тока окажется ббльшим.

Рисунок 23 — Типичная зависимость напряжения постоянного тока от нагрузки трехфазного неуправляемого выпрямителя без умета режима торможения

6.3.1.3 Потенциал относительно земли

Типичные знамения напряжения для входной секции выпрямителя, включая потенциал относительно земли, приведены в таблице 4.

Таблица 4 — Максимальные знамения потенциалов преобразователей с питанием от трехфазных сетей в режиме холостого хода (без учета режима торможения)

Трехфазный неуправляемый выпрямитель в соответствии с рисунком 20 при питании от систем TN или TT с симметричным реактором постоянного тока Трехфазный неуправляемый выпрямитель в соответствии с рисунком 21 при питании от LI, L2 и L3 для системы IT Трехфазный неуправляемый вы-прякмтель в соответствии с рисунком 22. питающийся от системы заземления «треугольник» VVS 75/2 Vgo’Vs + V2 72 Vgi’Vs Vdo’Vs Vgo/Vs ± 72/2 ±72/2 V’VS ->/2/2 Vgo’Vs-^ -72 (Vd*-V>’vs 75 72 72

6.4 Преобразователь напряжения со звеном постоянного тока и трехфазным активным выпрямителем на входе преобразователя

6.4.1    Преобразователь напряжения с трехфазным активным выпрямителем

6.4.1.1    Общие положения

На рисунке 24 показана типичная схема такого инвертора.

Рисунок 24 — Типичная схема преобразователя напряжения с трехфазным активным выпрямителем

Содержание

1    Область применения………………………………………………………..1

2    Нормативные ссылки ……………………………………………………….1

3    Обзор, термины и определения………………………………………………..1

3.1    Обзор системы …………………………………………………………1

3.2    Термины и определения…………………………………………………..2

4    Концепция системы…………………………………………………………5

4.1    Общие положения ………………………………………………………5

4.2    Работа заземления на высокой частоте и схемотехника …………………………..5

4.3    Представление в виде четырехполюсника……………………………………..6

4 4 Дифференциальные и синфазные модели систем……………………………….6

5    Сетевое звено ……………………………………………………………10

5.1    Общие положения ……………………………………………………..10

5.2    Система питания TN…………………………………………………….10

5.3    Система литания IT……………………………………………………..11

5.4    Результирующий коэффициент усиления сетевого звена в дифференциальной модели…..11

5.5    Результирующее влияние сетевого звена в синфазной модели……………………..11

6    Входное звено преобразователя ………………………………………………11

6.1    Анализ исходных напряжений……………………………………………..11

6.2    Преобразователь напряжения со звеном постоянного тока и однофазным неуправляемым

выпрямителем на входе преобразователя…………………………………….12

6.3    Преобразователь напряжения со звеном постоянного тока и трехфазным неуправляемым

выпрямителем на входе преобразователя…………………………………….14

6.4    Преобразователь напряжения со звеном постоянного тока и трехфазным активным

выпрямителем на входе преобразователя…………………………………….16

6.5    Относительные значения напряжений входного звена преобразователя………………18

6.6    Заземление…………………………………………………………..18

6.7    Многопульсное применение……………………………………………….18

6.8    Результирующие коэффициенты усиления в дифференциальной модели выпрямителя…..19

6.9    Результирующие коэффициенты усиления в    синфазной модели выпрямителя………….19

7    Выходное звено преобразователя (инвертор) …………………………………….19

7.1    Общие положения ……………………………………………………..19

7.2    Входное значение напряжения для инвертора …………………………………19

7.3    Описание различных топологий инвертора ……………………………………19

7.4    Форма выходного напряжения в зависимости от схемотехники……………………..23

7.5    Время нарастания выходного напряжения…………………………………….23

7.6    Совместимость значений для dV/dt …………………………………………24

7.7    Степень повторяемости………………………………………………….26

7.8    Заземпение…………………………………………………………..26

7.9    Резупьтирующий коэффициент усипения в дифференциальной модели инвертора………26

7.10    Результирующий коэффициент усиления в    синфазной модели инвертора ……………26

7.11    Результирующие динамические параметры импульсного напряжения в синфазной

и дифференциальной моделях……………………………………………27

8    Фильтр …………………………………………………………………27

8.1 Назначение фильтрации …………………………………………………27

8.2    Дифференциальная и синфазная модели напряжений …………………………..27

8.3    Схемотехника (топология) фильтров ………………………………………..27

8.4    Результирующий коэффициент усиления дифференциальной модели после фильтра ……30

8.5    Результирующий коэффициент усиления синфазной модели после фильтра…………..31

9    Кабель между выходными клеммами преобразователя и    клеммами двигателя…………….31

9.1    Общие положения ……………………………………………………..31

9.2    Кабельное соединение…………………………………………………..32

9.3    Результирующие параметры кабельной линии …………………………………32

10    Руководство по расчету напряжений на звеньях в зависимости от их моделей ……………33

11    Пример расчета системы …………………………………………………..35

11.1    Общие положения…………………………………………………….35

11.2    Пример расчета………………………………………………………35

Приложение А (справочное) Системы питания электроустановок………………………..38

Приложение В (справочное) Напряжения инвертора …………………………………42

Приложение С (справочное) Характеристики выходных фильтров……………………….43

Приложение ДА (справочное) Сведения о соответствии ссылочных мемщународных стандартов

межгосударственным стандартам…………………………………..44

Библиография ……………………………………………………………..45

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИВОДНЫЕ СИСТЕМЫ С РЕГУЛИРУЕМОЙ СКОРОСТЬЮ

Часть 8

Спецификация напряжения на силовом сопряжении

Adjustable speed electrical power drive systems Part 8 Specification of voltage on the power interface

Дата введения — 2019—06—01

1    Область применения

Настоящий стандарт дает рекомендации для определения напряжения на силовом сопряжении в системе электропривода.

Примечание — Силовым сопряжением, как определено в стандартах серии IEC 61800, является электрическое соединение, передающее энергию от преобразователя к двигателю в электроприводе

Данные рекомендации предназначены для определения напряжений между фазами и между фазами и землей на клеммах преобразователя и двигателя.

В первой части настоящего стандарта рекомендации приведены для трехфазных преобразователей. имеющих следующие схемотехнические решения:

–    инвертор напряжения с однофазным неуправляемым выпрямителем:

–    инвертор напряжения с трехфазным неуправляемым выпрямителем;

–    инвертор напряжения с трехфазным управляемым выпрямителем.

Все указанные типы инверторов работают по принципу широтно-импульсной модуляции, при котором отдельные импульсы выходного напряжения регулируются таким образом, чтобы сформировалось напряжение требуемой амплитуды и частоты.

Другие топологии в настоящем стандарте не рассматриваются.

Вопросы безопасности исключены из настоящего стандарта и изложены в IEC 61800-5. Вопросы электромагнитной совместимости рассматриваются в IEC 61800-3.

2    Нормативные ссылки

Для применения настоящего стандарта необходимы следующие ссылочные стандарты. Для недатированных ссылок применяют последнее издание ссылочного стандарта (включая все изменения к нему).

IEC 61000-2-4, Electromagnetic compatibility — Part 2-4: Environment — Compatibility levels in industrial plants for low-frequency conducted disturbances (Электромагнитная совместимость (ЭМС). Часть 2-4 Условия окружающей среды. Уровни совместимости для низкочастотных проводимых помех в промышленных установках)

3    Обзор, термины и определения

3.1 Обзор системы

Электропривод (power drive system — PDS) состоит из двигателя и комплектного преобразователя (complete drive module — CDM). Оборудование, приводимое в действие двигателем, в состав электропривода не включено. Комплектный преобразователь состоит из базового модуля (basic drive module —

Издание официальное

3.2.2    четырехполюсник (two-port network): Цепь с двумя портами, представляющая собой электрическую цепь или устройство с двумя парами клемм.

3.2.3    опорная точка преобразователя (converter reference point); NP: NP является опорной точкой преобразователя (V_D. + Vq_)/2. Опорная точка преобразователя может быть определена в различных схемах. Напряжение между ней и землей определяется, как правило, в синфазном режиме.

3.2.4    звено постоянного тока (ОС link): Цепь постоянного тока, соединяющая вход инвертора с выходом выпрямителя, состоящая из конденсаторов и/или реакторов для снижения пульсаций напряжения и тока в звене постоянного тока.

3.2.5    напряжения в звене постоянного тока (DC link voltages) V_d, V_d#1 Х/^_: Напряжения постоянного тока на выходе выпрямителя. V_d+ обозначает положительный потенциал. V_d_ — отрицательный потенциал.

3.2.6    f₀: Резонансная частота фильтра.

3.2.7    f₁: Основная частота выходного напряжения инвертора.

3.2.8    f_p: Частота пульсаций в фазе.

3.2.9    f_s: Основная частота напряжения питающей сети.

3.2.10    f_sw: Частота коммутации силовых ключей.

3.2.11    идеальная земля (ideal ground): Точка отсчета потенциала земли для всей установки.

3.2.12    к_Сц: Коэффициент передачи для синфазной модели соответствующего звена (для пиковых значений).

3.2.13    k_Dv: Коэффициент передачи для дифференциальной модели соответствующего звена (для пиковых значений).

3.2.14    число уровней (number of levels); N: Число ступеней кривой выходного фазного напряжения относительно опорной точки.

3.2.15    n_dcmull: Количество звеньев постоянного тока многофазного преобразователя.

3.2.16    общая точка системы «звезда» (system star point); SP: Общая точка системы «звезда» векторов выходного напряжения инвертора. Система «звезда» может быть построена в любой точке трехфазной цепи. Она используется для определения синфазного режима напряжения в трехфазной системе с идеальной землей.

3.2.17    время нарастания (rise time); t_r: Время нарастания напряжения от 10 до 90 % пикового напряжения (см. рисунок 2).

3.2.18    перенапряжение (overshoot voltage); V_B: Превышение напряжения над установившимся значением при отработке скачка задания V_step (см. рисунок 2).

3.2.19    потенциал относительно земли (grounding potential); V_G(: Расчетный потенциал земли 8 определенном звене преобразователя, называемый «потенциалом земли» или «потенциалом заземления».

3.2.20    V_pp: Линейное напряжение между фазами.

3.2.21    V_PNP: Фазное напряжение относительно опорной точки на выходе инвертора.

3.2.22    V_psp: Фазное напряжение относительно нуля «звезды» на выходе инвертора.

3.2.23    V_PG тою,: Фазное напряжение на двигателе относительно земли.

3.2.24    V_PPmolor: Линейное напряжение на двигателе.

3.2.25    V_pp: Пиковое значение линейного напряжения.

V_pp ^{= v}step ^{+ v}b (пример для двухуровневого случая).

3.2.26    V_pp.: Пиковое значение между двумя биполярными пиками напряжения.

3.2.27    Vpp _f •: Пиковое значение напряжения между двумя последовательными импульсами перенапряжения.-

3.2.28    V_s: Линейное напряжение сети, питающей преобразователь. Это напряжение используется в настоящем стандарте в качестве базовой величины при переводе в относительные единицы, например, пиковых напряжений и напряжений постоянного тока и включает в себя все допуски в соответствии с IEC 61000-2-4.

3.2.29    V_SN: Номинальное линейное напряжение сети, питающей преобразователь, или вторичное напряжение питающего трансформатора.

3.2.30    V_slcp: Разница установившихся значений напряжения до и после коммутации (см. рисунок 2).

Рисунок 2 — Форма выходного напряжения двухуровневого инвертора, где время нарастания tr, = tgQ -110

3.2.31    V_{slep pp}: V^p линейного напряжения V_pp.

3.2.32    V_{step PNP}: Vg,_ep фазного напряжения относительно земли V_PNP.

3.2.33    V_slcp~_PSP: V^p фазного напряжения в системе «звезда» V_PSP.

3.2.34    V_step~_Gj: Vgjgp напряжения общей модели преобразователя V_Gj.

4 Концепция системы 4.1 Общие положения

Секция питания с трансформатором

Рисунок 5 — Схема электропривода с инвертором напряжения

Электропривод с инвертором напряжения состоит из следующих элементов: сетевое звено, входной фильтр (если необходим), выпрямитель, реактор постоянного тока (если необходим), конденсатор постоянного тока, силовой коммутатор (инвертор), выходной фильтр преобразователя (если необходим). кабели и двигатель.

4.2 Работа заземления на высокой частоте и схемотехника

Традиционное соединение с помощью заземляющего проводника РЕ является так называемым низкочастотным заземлением. Для понимания процессов изменения напряжения и работы заземления на высоких частотах необходимы специальные методы анализа и схемотехнические решения.

Потенциалы ^VGO^—VG4 относительно земли различных секций реальной установки показаны на рисунке 5. Они могут быть разными, поскольку различны заземляющие сопротивления, и определяться высокочастотными составляющими (если заземление выполнено некачественно), хотя при низкой частоте могут быть одинаковыми,

–    Схемотехника с одной точкой заземления обеспечивает плохое качество заземления на высокой частоте. Высокочастотные заземляющие потенциалы в точках Vqq—могут содержать дополнительные паразитные составляющие напряжения.

–    Многоточечная, или сетчатая, система заземления обеспечивает качественное заземление на высокой частоте. Высокочастотные заземляющие потенциалы в точках V^—не будут содержать дополнительных паразитных составляющих напряжения.