ПРИНЦИПИ РЕАЛІЗАЦІЇ АКТИВНОГО випрямляча струму

 

Автори: В.В. Писанюк, О.О. Шавьолкін

 

Опис: В цій роботі розроблено алгоритм реалізації АВС при використанні релейного принципу регулювання вхідного струму і виконано моделювання процесів в схемі АВС.

 

Джерело: Вісник кафедри "Електротехніка" за підсумками наукової діяльності студентів. - Донецьк, ДонНТУ, 2012.

 

 

На даний момент до напівпровідникових перетворювачів частоти (ПЧ) пред'являються досить жорсткі вимоги щодо якості вхідного струму, який споживається з мережі змінного струму [1]. Стосовно ПЧ на базі автономного інвертора напруги ці вимоги можуть бути задоволені при використанні активного випрямляча напруги, який забезпечує формування практично синусоїдального струму з використанням ШІМ. У разі використання в схемі ПЧ автономного інвертора струму (АІС) виникає та ж проблема з формуванням вхідного струму. Її вирішення можливе при використанні активного випрямляча струму (АВС) [2].

Мета роботи. Розробити алгоритм реалізації АВС при використанні релейного принципу регулювання вхідного струму і виконати моделювання процесів в схемі АВС при цьому.

Схема АВС включає до себе узгоджувальний трансформатор (при необхідності), трифазний міст на IGВT зі згладжувальним дроселем в ланці постійного струму і вхідний LC - фільтр.

Для формування вхідного струму АВС використовуються три релейних регулятора для кожної з вхідних фаз АВС. Задається відхилення δ вхідного струму фази АВС (i_Ф) відносно заданого значення i_ЗАД. Так для позитивної напівхвилі, якщо i_Ф<i_ЗАД+δ, то формується сигнал Р=1 на вмикання ключа, що забезпечує протікання у вхідній фазі АВС струму позитивної полярності, в іншому випадку Р=0. Для негативної напівхвилі аналогічним чином формується сигнал N на вмикання ключа, що забезпечує протікання у вхідній фазі АВС струму негативної полярності.

Алгоритм роботи АВС передбачає відпирання двох ключів в різних плечах моста (навантаження підключається до джерела). Коли навантаження відключається від джерела, відкриваються обидва ключа в одному з плечей моста для замикання струму вихідного кола. Робота схеми здійснюється у відповідності з сигналами тактового генератора, який формує дві послідовності (пряма – n і інверсна - m) з частотою модуляції f_М=1/T_М. Тривалість тактового імпульсу (такту роботи) відповідає половині періоду модуляції і визначає зону роботи релейного регулятора. Період вихідної напруги розбивається на шість інтервалів роботи. На кожному з інтервалів струми двох фаз мають однакову полярність (наприклад, а й с), струм третьої фази (наприклад, в) має протилежну полярність. Тоді на такті n відмикаються ключі в фазах а і в, на такті m відмикаються ключі в фазах с і в.  При цьому ключ фази в відкритий протягом всього інтервалу роботи, при замиканні ключів в фазах а і с відмикається другий ключ фази в, чим досягається замикання струму навантаження.

Моделювання схеми АВС здійснювалося з використанням програмного пакета MATLAB. Структурна схема моделі приведена на рис.1. Модель містить у собі трифазний міст на IGBT з системою керування SU, вхідне коло (Input link). Вихідне коло утворюють згладжувальний дросель Ld, активне навантаження і джерело ЕРС (Ed). Вхідне коло містить трифазне джерело змінного струму і вхідний згладжувальний LC фільтр. Задаються амплітуда вхідного струму Im, задане відхилення δ (delta). Розглядалися два режими роботи АВС: випрямний з передачею енергії в коло випрямленого струму (навантаження активне і Ed=0) і інверторний при зворотному напрямку передачі енергії (Ed>0). Зміна фази вхідного струму АВС здійснюється за входом G (Regim=1при φ=0 та  Regim= -1при φ=π).

 

 

Осцилограми напруги фази мережі u_A, струму фази мережі i_ФA, струму фази АВС до вхідного фільтра i¹_ФA, випрямленого струму i_d наведені на рис.2. При цьому коефіцієнт гармонік вхідного струму i_ФA з урахуванням гармонік до 37-ї склав 5.26%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У високовольтних ПЧ у схемі АВС використовується послідовне з'єднання ключів. У роботі запропоновано використовувати послідовне з'єднання декількох АВС при живленні їх від ізольованих вторинних обмоток вхідного трансформатору. Це виключає питання вирівнювання напруги ключів і дозволяє вирішити питання поліпшення гармонійного складу струму на вході трансформатора без збільшення частоти перемикання ключів АВС. 

 

Література

 

1.     IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems, IEEE Standard 519-1992, Jun. 1992.

2.     Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты/ Р.Т. Шрейнер// – Екатеринбург: УРО РАН.- 2000. – 654 с.