Однофазный активный выпрямитель

Перечень принятых сокращений 2
Введение 3
1 Аналитический обзор преобразователей на базе активного
выпрямителя
4
1.1 Назначение активного выпрямителя 4
1.2 Принцип работы однофазного активного выпрямителя 6
1.3 Способы управления однофазным активным выпрямителем
8
2 Временные диаграммы работы 16
2.1 Диаграммы работы при симметричном управлении 16
2.2 Диаграммы работы при поочередном управлении 18
3 Описание проектируемого устройства 21
4 Расчет силовых элементов схемы 23
4.1 Расчет тактовой частоты и индуктивности дросселя 23
4.2 Расчет среднего и действующего значения дросселя 27
4.3 Расчет сердечника дросселя и параметров его обмотки 28
4.4 Расчет конденсатора 35
4.5 Расчет силового транзистора 37
5 Моделирование в среде MATLAB - Simulink 40
5.1 Моделирование однофазного активного выпрямителя с симметричным управлением
41
5.2 Моделирование однофазного активного выпрямителя с поочередным управлением
51
5.3 Моделирование системы на базе двух активных выпрямителей
55
6 Построение компонентов лабораторного стенда 60
6.1 Схемные решения стенда 60
6.2 Компоненты лабораторного стенда 68
Заключение 76
Список литературы 78
Нормативные ссылки 81

Весь текст будет доступен после покупки

В современном мире большое значение уделяется вопросам повышения качества электроэнергии и энергосбережения. Это связано, прежде всего, с широким распространением полупроводниковой преобразовательной техники, совершенствованием компонентной базы силовой электроники, которое делает возможным рост мощностей единичных преобразователей и увеличивает нелинейные нагрузки в электросети. Требования к качеству электроэнергии регламентируются рядом международных стандартов (IEC 61000-3, IEEE 519 и др.). Следует отметить, что эти требования с годами постоянно ужесточаются. В России качество электроэнергии в электросетях общего назначения регламентируется требованиями ГОСТ 32144-2013 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».
В системах регулируемого электропривода с двигателями как постоянного, так и переменного тока можно добиться повышения энергетической эффективности за счет полупроводниковых преобразователей на полностью управляемых ключах с импульсно-модуляционными методами управления. Энергетическая подсистема может обладать обратимым характером энергопотребления, чтобы иметь возможность рекуперировать электроэнергию в электрическую сеть или энергоноситель. Схемы полупроводниковых преобразователей, построенных по такому принципу, носят в литературе название полностью управляемых или активных выпрямителей (АВ). Возможна реализация активного выпрямителя напряжения (АВН), так и активного выпрямителя тока (АВТ). Они могут быть построены, соответственно, на основе автономного инвертора напряжения (АИН) или автономного инвертора тока (АИТ), если инвертор обратить на сторону переменного тока.
Применение АВ в преобразователях для частотно-регулируемых электроприводов позволяет возвращать в сеть энергию маховых масс электроприводов при торможении и увеличивать КПД всей системы [3].

Весь текст будет доступен после покупки

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НА БАЗЕ
АКТИВНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ


1.1 Назначение активного выпрямителя
Широкое применение активные выпрямители получили в системах частотного электропривода. Рассмотрим принципиальную схему преобразователя частоты со звеном постоянного тока [4], которая представлена на рисунке 1.1 [26]. Преобразователь частоты включает в себя неуправляемый выпрямитель, силовой фильтр (СФ), тормозную цепь (ТЦ) и инвертор с широтно-импульсной модуляцией. Выпрямитель преобразует трёхфазное переменное напряжение в напряжение постоянного тока. Пульсации выпрямленного напряжения сглаживаются фильтровым конденсатором. Отфильтрованное напряжение методом широтно-импульсной модуляции преобразуется автономным инвертором в переменное заданных значений напряжения и частоты.


Рисунок 1.1 – Принципиальная схема преобразователя частоты со звеном постоянного тока

Конденсатор фильтра выполняет в преобразователе несколько функций:
- сглаживает пульсации выпрямленного напряжения;
- обеспечивает циркуляцию реактивной энергии между обмотками статора двигателя и фильтром (циркуляция реактивной энергии между двигателем и сетью невозможна, так как неуправляемый выпрямитель обеспечивает одностороннее направление потока энергии);
- обеспечивает работу асинхронного двигателя в режиме рекуперативного торможения.
Данный электропривод не обеспечивает рекуперации энергии торможения двигателя в питающую сеть. Но режим рекуперативного торможения есть у электродвигателя, т.к. для него питающей сетью является преобразователь, которому он отдает вырабатываемую электроэнергию. Её в режиме рекуперативного торможения принимает конденсатор фильтра, что приводит к повышению напряжения на его обкладках. При достижении напряжением на конденсаторе допустимого значения включается тормозной вентиль, и накопленная конденсатором энергия рассеивается на тормозном сопротивлении.
Замена неуправляемого диодного выпрямителя на активный выпрямитель напряжения на полностью управляемых ключах позволяет обеспечить двусторонний обмен энергией между первичным источником и двигателем. Таким образом, повышается экономичность использования электроэнергии, увеличивается КПД всей системы в целом за счет рекуперации энергии движущихся частей машины. Такие активные преобразователи обеспечивают небольшой уровень гармонических искажений потребляемого тока и высокий коэффициент мощности, позволяя улучшить электромагнитную совместимость с питающей сетью.
Преобразователи частоты с возможностью рекуперации энергии от двигателя в электросеть построены по технологии AFE (Active Front End). Это означает, что в них предусмотрен АВН в качестве входного звена устройства. ПЧ с рекуперацией выпускаются компаниями Mitsubishi electric [13], ABB [14], Schneider electric [12] и др.
На рынке преобразовательной техники также представлены рекуператоры электроэнергии. Структурно представляют собой, по сути, топологию АВН. Рекуператоры обеспечивают работу ПЧ с неуправляемым выпрямителем в режиме рекуперативного торможения электродвигателя с рекуперацией энергии в питающую сеть. В Научно-техническом центре электропривода "Вектор" (г. Иваново) разработаны рекуперативные выпрямители серии ЭПВ-Р [16]. Они выпускаются в диапазоне мощностей от 15 до 55 кВт, конструктивно выполнены в виде навесных блоков одностороннего обслуживания. Рекуперативные блоки выполняются на базе шестиключевого IGBT-модуля, три входные фазы которого через реактор подключаются к питающей сети, а выход - к шинам постоянного напряжения нагрузки, которой являются инверторы преобразователей частоты, питающие двигатели переменного тока.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Мелешин, В.И. Транзисторная преобразовательная техника / В.И. Мелешин. – М.: Техносфера, 2005. – 632 с.
2 Ефимов А.А. Активные преобразователи в регулируемых электроприводах переменного тока / А.А.Ефимов, Р.Т.Шрейнер; под ред. Р.Т. Шрейнера. - Новоуральск: НГТИ, 2001. - 250 с.
3 Чернышев, А.Ю. Электропривод переменного тока: учебное пособие / А.Ю. Чернышев, Ю.Н. Дементьев, И.А. Чернышев; Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 213 с.
4 Онищенко, Г. Б. Электрический привод : учебник для студ. вузов / Г. Б. Онищенко. – М.: РАСХН, 2003. – 320 с.
5 Герман-Галкин, С.Г. Виртуальные лаборатории полупроводниковых систем в среде Matlab-Simulink: Учебник. – СПб.: Издательство «Лань», 2013. – 448 с.
6 Гельман, М.В. Преобразовательная техника. Часть 1. Полупроводниковые приборы и элементы микроэлектроники: Учебное пособие / М.В. Гельман – Челябинск: ЮУрГУ, 2000. – 106 с.
7 Гельман, М.В. Преобразовательная техника: учебное пособие / М.В. Гельман, М.М. Дудкин, К.А. Преображенский. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2009. – 425 с.
8 Кулик, В.Д. Силовая электроника. Автономные инверторы, активные
преобразователи: учебное пособие / В.Д. Кулик. – СПб.: ГОУВПО СПбГТУРП, 2010. – 90 с.
9 Правила устройств электроустановок. – Новосибирск.: Норматика, 2015. – 464 с.
10 Герман-Галкин, С.Г. Школа MATLAB.// Силовая электроника: журнал
т. 4. – СПб. : Медиа КиТ, 2011 – с. 90-96.
11 https://power-e.ru/wp-content/uploads/3772.pdf Школа МATLAB.
Виртуальные лаборатории устройств силовой электроники в среде МATLAB–Simulink. Урок 15. Исследование однофазного
активного выпрямителя [Электронный ресурс] (Дата обращения: 26.01.2022)

Весь текст будет доступен после покупки