Доклад, который участвовал в вузовском конкурсе студенческих научных робот 2004/2005 учебного года по разделу «Общая электротехника».

УДК 621.313

ПРИМЕНЕНИЕ АКТИВНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ В КАЧЕСТВЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ

Самарский. Г.С ., ст., Мирошник Д.Н., асе, магистр;' (Донецкий национальный технический университет, г.Донецк, Украина)


В настоящее время более половины электрической энергии, выраба­тываемой электрическими станциями, потребляется электроприводами, большая часть которых в своем, составе имеет двигатель переменного тока (синхронный или асинхронный двигатель). В связи с быстрым: развитием микропроцессорной техники и особенно силовой электроники появилась возможность не только регулировать частоту вращения двигателя, но и при этом потреблять из сети, только активную мощность (применение преобра­ зователя частоты со звеном, постоянного тока.). Далее потребителю боль­ ших мощностей нужно было решить одну из наиболее важных проблем отдачи энергии, особенно в приводах, работающих в повторно- кратковременных режимах^а также, что немаловажно при оольших мощ­ ностях, улучшить форму, потребляемого из сети тока. Чтобы удовлетво­ рить всем требованиям пришлось пойти на усложнение схем силовых це­ пей преобразователя, частоты (рис. 1) [1].

Рисунок 1 - Принципиальная схема преобразователя частоты с активным выпрямителем и его система автоматического регулирования.

 

Здесь необходимо отметить, что альтернативой такому типу преобразователя в настоящее время является матричный преобразователь часто­ ты [2] (непосредственный преобразователь частоты на быстродействую­ щих силовых ключах), преимущество которого в однократном преобразо­ вании-энергии и сравнительно небольшой величине используемой его входе емкости. Однако он вместо 12 ключей использует 18, и система им­пульсного управления у матричного преобразователя на несколько поряд­ ков сложнее, чем у двухзвенного преобразователя с автономным инверто­ром напряжения (АИН) и активным выпрямителем (АВ) (рис.1).

В простейшем случае для изучения свойств АВ, АИН можно пред­ ставить в виде активной нагрузки. Работа АВ основана на работе повы­ шающего импульсного преобразователя постоянного напряжения [3,4], что иллюстрирует рисунок 2.

Рисунок 2 - Работа активного выпрямителя: а) накопление энергии в дросселях; б) заряд конденсатора в звене постоянного тока

При коммутации транзисторных ключей VT1-VT6 (рис.1) образуются кратковременные короткозамкнуше контуры (КЗК) во всех фазах (рис.2,а). В этот интервал времени накапливается энергия в дросселях Др на входе АВ, а абсолютное значение входного тока увеличивается. Когда же КЗК (рис.2,6) размыкаются, на конденсатор С, который находится в звене постоянного тока, прикладывается напряжение сети и ЭДС, накоп­ ленной в ДР, а абсолютное значение входного тока - уменьшается.

Система автоматического регулирования АВ (рис.1) построена в соот­ ветствии с [5]. Она представляет собой двухконтурную систему регулиро­ вания, с внешним контуром регулирования напряжения на конденсаторе и внутренним регулирования входного тока преобразователя. Ее особенно­стью является возможность регулирования фазы входного тока (блок со­гласования с сетью имеет внешний сигнал управления коэффициентом мощности), как в двигательном, так и в генераторном режимах работы электропривода, что позволяет рассматривать АВ как энергосберегающий элемент, с возможностью генерирования реактивной мощности. Кроме то­ го, регуляторы напряжения (РН) и тока (РТ) можно подобрать таким обра­ зом, чтобы передаточная функция преобразователя с системой автоматиче­ ского регулирования от трехфазного напряжения, являющегося возму­ щающим воздействием [6], по напряжению в звене постоянного тока Ud - оказалась фильтром низких частот. Такое построение регуляторов позво­лит подавить частоту 300 Гц на напряжении в звене постоянного тока, ко­торое является входным для АИН, а значит и будет влиять на спектр на­ пряжения, подаваемого на статор машины переменного тока (потери, ко­ лебания момента). Следует отметить, что при таком построении системы управления, еиетема регулирований получается несколько инерционной что подтверждает рисунок 3.

Векторные диаграммы, иллюстрирующие работу АВ без учета актив­ ного сопротивления дросселей, представлены на рисунке 4.

Рисунок 4 - Векторные диаграммы работы АВ: a) cosq>=l; б) 0<cos<p<l, <р<0; в) cos<p=-l; г) 0> cosq>>-l, -7t/2>q»-%.

Как видно из рисунка напряжение активного выпрямителя Uab больше, чем напряжение сети Uc . Обеспечивается это именно за счет схемы повышающего импульсного преобразователя, при этом напряжение в звене постоянного тока Ud (Uam - амплитуда выпрямленного напряжения мостовой схемы), что подтверждает рисунок 3. Кроме того, АВ может не просто обеспечить coscp=l (рис.4, а), но и генерировать реактивную (рис.4,6) или активную мощность (рис.4,в), а кроме того может одновре­ менно совмещать генерацию активной и реактивной мощности (рис.4,г). Однако в режиме генерации реактивной мощности АВ потребляет из сети полный ток 1 больше (добавляется реактивная, составляющая тока), что видно из величины падения, .напряжения на индуктивности Ul, если срав­нить рисунки 4,а и 4,6.

Осциллограммы фазных напряжений Uф, тока Iф и мощности Рф при. работе АВ в двигательном и генераторном режиме генерации реактивной мощности, полученные путем .моделирования в программном пакете MA.TLAB 6.1, с использованием его приложений SIMULINK и POWERSYSTEM. BLOCKSET - подтверждают теоретические положения, статьи, и представлены, на рисунке 5.


 
а)

 

 

 

б)

Рисунок 5 - Осциллограммы работы АВ Рф- фазная мощность, 1ф - фазный ток сети, Уф - фазное напряжение сети: а) двигательный

режим с переходом в генераторный; б) режим генерации реактивной

мощности ср=30 °

Перечень ссылок

•  Щрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов пере­
менного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты, Ека­
теринбург, УРО РАН, 2000. 654 с.

•  Ishiguro A., Okuma S. A novel method for force commutated cicloconverters
using instantaneous values of input line-to-line voltages, IEEE Transactions
on Industrial Electronics, vol. 38, no. 3, pp. 166-172, June 1991.

•  Malesani TZ, Rossetto L., Tenti P. AC-DC-AC PWM converter with reduced
energy storage in the DC link, IEEE Transactions on Industrial Electronics,"
vol. 31, no. 2, pp. 287-292, march/april 1995.

•  Dixon J.W., Ooi B.-T., Indirect current control of a unity power factor
sinusoidal current boost type three-phase reactifier, IEEE Transactions on
Indnstrmai. Electronics, vol. 35, no. 4, pp. 508-515, november 1988.

•  Аванесов B.M., Релейное управление следящими преобразователями.
4.1, Структуры систем управления: анализ и синтез. - Электричество
2000, № 10.

•  Гринкевич Д.Я., Симаков Г.М., Троицкий А.В. Микроэлектропривод
постоянного тока сповышагощим DC-DC преобразователем.// Тем. Ви-
пуск. Силова електрошка та енергоефектившсть.- Ч.2.- 2003.- стр. 92-97.

НАЗАД