Активные выпрямители с принудительным формированием кривой тока, потребляемого из питающей сети (стр. 3 из 5)

2.4 "VIENNA" - ВЫПРЯМИТЕЛЬ

Помимо схемы активного выпрямителя на основе АИН схема, показанной на рис. 7. которая получила в литературе название "Vienna». Схема разработанна в Венском технологическом университете. Достоинствами выпрямителя типа "Vienna", которые определяют его широкое использование, являются: минимальное количество силовых управляемых ключей, минимальное значение индуктивности запасающих дросселей, низкий уровень напряжения на полупроводниковых приборах, не превышающий половины выходного напряжения выпрямителя.

Рисунок 7 - Схема активного выпрямителя "Vienna"

L1, L2 и L3 - входные запасающие индуктивности фаз А. В. С соответственно. В схеме использованы полевые транзисторы (MOSFET). однако возможно применение и биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT). Диоды VD2-VD5. VD8-VD11 и VD14-VD17 - низкочастотные силовые диоды, aVD1. VD6. VD7. VD12. VD13, VD18 - высокочастотные диоды, блокирующие протекание тока от конденсаторов С1 и С2 к транзисторам VT1 - VT3. Конденсаторы С1 и С2 - ёмкостной фильтр для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения на частоте работы транзисторов. Эти конденсаторы также выполняют функцию делителя напряжения, т.е. образуют виртуальную нулевую точку. сопротивление R1 – моделирует нагрузку выпрямителя – высокочастотный инвертор напряжения. Схема принципиально представляет собой три однофазных выпрямителя повышающего типа, подключенные параллельно к обшей нагрузке. Преобразование схемы однофазного выпрямителя для применения в качестве узла трёхфазной схемы представлено на рис. 2. Оно заключается в переносе индуктивности из пени постоянного тока в пепь переменного тока и добавлении второго развязывающего диода.

Рисунок 8 - Преобразование схемы однофазного выпрямителя

Во включенном состоянии транзисторы закорачивают фазные ЭДС сети на входные индуктивности. На этих интервалах энергия, потребляемая от сети, накапливается во входных икдуктнвностях. При выключении транзисторов энергия из индуктиввостей передается в выходной емкостной фильтр, откуда потребляется нагрузкой. Данный принцип соответствует работе повышающего преобразователя. Формирование импульсов управления транзисторов происходит путем сравнения мгновенных значений фазных токов с опорным треугольным сигналом. Для изменения выходного напряжения активного выпрямителя изменяют амплитуду опорного сигнала. Потребляемый АВ сетевой ток при таком алгоритме управления удовлетворяет жестким требованиям стандарта в широком диапазоне регулирования выходного напряжения

Моменты перехода тока с транзистора на диод фазы А выпрямителя однозначно связаны с моментами изменения производной сетевого тока той же фазы. Это означает, что фазный ток можно формировать, воздействуя только на данной фазы. Это свойство отличает Виенна-выпрямитель от активного выпрямителя, выполненного на базе инвертора напряжения, где подобная независимость процессов формирования фазных токов не присутствует. Поэтому устройство управления Виенна-выпрямителем может быть построено но принципу слежения за сетевым током . Это позволяет для построения систем управления Вненна-выирями-телями использовать опыт, накопленный при разработке однофазных ККМ.

Рисунок 9 - Зависимость напряжения выпрямителя и сетевого тока фазы А

Схема выпрямителя "Vienna" имеет следующие достоинства:

• индивидуальный контроль тока каждой фазы в отдельности позволяет минимизировать искажения сетевого тока;

• в каждой фазе работает один лишь транзистор на обеих полуволнах входного тока, т.е. схема имеет минимальное количество силовых управляемых ключей и выходных каскадов драйверов.

• нет необходимости формирования "мёртвого времени" в импульсах управления силовыми транзисторами, что упрощает систему управления;

• при аварии нет опасности протекания сквозных токов и закорачивания выходного фильтрующего конденсатора силовыми транзисторами, что повышает надежность;

• при включении силового транзистора к запасающей индуктивности прикладывается не линейное, а фазное напряжение сети, поэтому' значение запасающей индуктивности минимально;

• к силовым транзисторам прикладывается половина выходного напряжения, что позволяет применять полупроводниковые ключи с меньшим классом по напряжению.

Результаты сопоставления достоинств и недостатков Вненна-выиря-мнтеля с другими сетевыми преобразователями с активной коррекцией коэффициента мощности представлены в таблице 3.

Таблица 2 - Основные показатели трехфазных ККМ

Показатель, параметр	Схема трехфазного ККМ
Показатель, параметр	Активный выпрямитель	Виенна-выпрямитель
Направление потока энергии	Двухквадрантный преобразователь: энергия передается из сети в нагрузку либо в противоположном направлении	Одноквадрантный преобразователь - энергия передается из сети в нагрузку
Количество управляемых ключей	6	3
Количество диодов	6 (в одном комплекте с транзисторами)	6 отдельных + 6 в комплекте с транзисторами
Напряжение на нагрузке	Больше удвоенной амплитуды напряжения сети
С_экв/U_m	Больше	меньше
Напряжение на транзисторах	U_н	U_н/2
Тип применяемых транзисторов	IGBT	МДП или IGBT
Индуктивность фазных дросселей	Велика	Мала
Емкость конденсаторов фильтра	В 7-8 раз меньше, чем однофазных ККМ той же мощности	В 4 и более раз выше, чем в активном трехфазном выпрямителе
Напряжение на конденсаторах фильтра	U_н	U_н/2
Способ управления	1)Программное формирование ШИМ по синусоидальному закону (требует повышенных затрат на дроссели);2)Сложные микропроцессорные способы управления	Двухпозиционное слежение с пассивной фазой и коррекцией срывов слежения.

Меньшее напряжение на ключах Виенна-выпрямителя позволяет использовать МДП-транзисторы и работать с высокой частотой коммутации, при этом уменьшаются номиналы дросселей, улучшаются массогабаритные показатели, упрощается система управления. Однако по мере увеличения мощности преобразователя увеличиваются емкости конденсаторов фильтра и затраты на них. Кроме того при проектировании при построении системы управления необходимо учесть ряд важных специфических факторов, которые не позволяют использовать комплект схем управления, разработанный для однофазных ККМ. Поэтому область применения Виенна выпрямителей ограничена мощностью нагрузки порядка 1-5 кВт.

3 СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЕ АКТИВНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

3.1 ЭЛЕКТРОПРИВОД

В электроприводах больших мощностей одна из наиболее важных проблем - отдача энергии, особенно в приводах, работающих в повторно-кратковременных режимах, а также, что немаловажно при больших мощностях, улучшить форму, потребляемого из сети тока. Наиболее массовое практическое применение в системах регулируемых электроприводов переменного тока получили двухзвенные преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока, а из них - преобразователи с автономными инверторами напряжения. Силовая схема преобразователей данного типа состоит из двух основных звеньев:

• преобразователя напряжения источника питания в постоянное напряжение;

• преобразователя постоянного напряжения в переменное напряжение требуемой частоты и амплитуды.

Наиболее распространенны ДПЧ, выполненных по схеме "неуправляемый выпрямитель - LC фильтр - тиристорный либо транзисторный автономный инвертор с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения". Неуправляемый выпрямитель – это диодный мостовой выпрямитель по схеме Ларионова.

Рисунок 9 - Двухзвенный преобразователь частоты с неуправляемым выпрямителем и транзисторным АИН

1. У этого преобразователя недостаточно полно проработаны некоторые вопросы энергосбережения, качества электропотребления и электромагнитной совместимости преобразователей. При использовании пассивного выпрямителя, состоящего из диодного моста и фильтрующего конденсатора, несмотря на малые пульсации выпрямленного выходного напряжения на входе получаем несинусоидальный ток с большими пиковыми значениями. Это значительно понижает коэффициент мощности системы, вызывает существенные радиопомехи. Например, при пульсациях выходного напряжения 10% от напряжения на нагрузке амплитудное значение установившегося потребляемого тока в семь раз превышает значение постоянного тока нагрузки, а коэффициент мощности при этом - не более 0,5. Улучшить форму тока можно путем внесения в цепь дополнительных пассивных элементов. Но это приводит к увеличению массогабаритных показателей устройства, так как реактивные компоненты в таком случае работают на относительно низких частотах. Кроме этого выпрямитель подразумевает поток энергии только в одном направлении от сети в нагрузку. Проблему перенапряжения в звене постоянного тока, возникающую при торможении привода (особенно при большой мощности) в этом типе преобразователя приходится решать с помощью тормозного резистора очень большой мощности, просто рассеивая выделяющуюся энергию в тепло.