Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Часть серии по
Энергетика
Преобразование электроэнергии
Электроэнергетическая инфраструктура
Компоненты электроэнергетических систем

Твердотельный преобразователь переменного тока в переменный преобразует сигнал переменного тока в другой сигнал переменного тока, где выходное напряжение и частота могут быть установлены произвольно.

Категории [ править ]

Рис. 1: Классификация схем трехфазного преобразователя переменного тока в переменный. [1]

Ссылаясь на рис. 1, преобразователи переменного тока в переменный можно разделить на следующие категории:

  • Непрямые преобразователи переменного тока в переменный (или переменного / постоянного в переменный) (т. Е. С выпрямителем, промежуточным звеном постоянного тока и инвертором) [2], такие как те, которые используются в преобразователях частоты.
  • Циклоконвертеры
  • Гибридные матричные преобразователи
  • Матричные преобразователи (МК)
  • Контроллеры переменного напряжения

Преобразователи звена постоянного тока [ править ]

Рис. 2: Топология (регенеративного) преобразователя AC / DC-AC инвертора источника напряжения [3]
Рис. 3. Топология преобразователя AC / DC-AC с инвертором источника тока [4] [5]

Есть два типа преобразователей с промежуточным звеном постоянного тока:

  • Преобразователи инверторный источник напряжения (VSI) (рис. 2): В преобразователях VSI выпрямитель состоит из диодного моста, а промежуточный контур состоит из шунтирующего конденсатора.
  • Преобразователи инвертора источника тока (CSI) (рис.3): в преобразователях CSI выпрямитель состоит из переключающего моста с фазовым управлением, а промежуточный контур состоит из 1 или 2 последовательных катушек индуктивности между одним или обоими выводами соединения между выпрямителем. и инвертор.

Любая операция динамического торможения, необходимая для двигателя, может быть реализована с помощью тормозного прерывателя постоянного тока и резисторного шунта, подключенного к выпрямителю. В качестве альтернативы, в выпрямительной секции должен быть предусмотрен встречно-параллельный тиристорный мост для подачи энергии обратно в линию переменного тока. Однако такие тиристорные выпрямители с фазовым управлением имеют более высокие искажения в линии переменного тока и более низкий коэффициент мощности при низкой нагрузке, чем диодные выпрямители.

Преобразователь переменного тока в переменный с приблизительно синусоидальными входными токами и двунаправленным потоком мощности может быть реализован путем подключения выпрямителя с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и инвертора с ШИМ к звену постоянного тока. Затем на величину звена постоянного тока влияет элемент накопления энергии, который является общим для обоих каскадов, которым является конденсатор C для звена постоянного тока напряжения или индуктор L для звена постоянного тока по току. Выпрямитель с ШИМ управляется таким образом, что отводится синусоидальный линейный ток переменного тока, который находится в фазе или противофазе (для обратной связи по энергии) с соответствующим фазным напряжением линии переменного тока.

Благодаря накопительному элементу звена постоянного тока существует преимущество, заключающееся в том, что оба каскада преобразователя в значительной степени развязаны для целей управления. Кроме того, для ступени инвертора PWM существует постоянная, независимая от линии переменного тока входная величина, что приводит к высокому использованию мощности преобразователя. С другой стороны, элемент накопления энергии в звене постоянного тока имеет относительно большой физический объем, и при использовании электролитических конденсаторов в случае звена постоянного тока с напряжением потенциально сокращается срок службы системы.

Циклоконвертеры [ править ]

Основная статья: Циклоконвертер

Циклоконвертер формирует выходной сигнал переменной частоты приблизительно синусоидальной формы, переключая сегменты входного сигнала на выходной; промежуточного звена постоянного тока нет. С переключающими элементами, такими как тиристоры , выходная частота должна быть ниже входной. Очень большие циклоконвертеры (порядка 10 МВт) производятся для компрессоров и приводов в аэродинамической трубе или для регулируемых устройств, таких как цементные печи.

Матричные преобразователи [ править ]

Рис. 4. Топология обычного прямого матричного преобразователя [6] [7]
Рис. 5: Топология косвенного преобразователя матриц [8] [9] [10]

Для достижения более высокой плотности мощности и надежности имеет смысл рассмотреть матричные преобразователи, которые обеспечивают трехфазное преобразование переменного тока в переменный без какого-либо промежуточного элемента накопления энергии. Обычные прямые матричные преобразователи (рис. 4) выполняют преобразование напряжения и тока за один этап.

Существует альтернативный вариант косвенного преобразования энергии с использованием косвенного матричного преобразователя (рис. 5) или разреженного матричного преобразователя.который был изобретен профессором Иоганном В. Колар из ETH Zurich. Как и в случае с контроллерами VSI и CSI на основе звена постоянного тока (рис. 2 и рис. 3), для преобразования напряжения и тока предусмотрены отдельные каскады, но в звене постоянного тока нет промежуточного запоминающего элемента. Обычно при использовании матричных преобразователей элемент хранения в звене постоянного тока устраняется за счет большего количества полупроводников. Матричные преобразователи часто рассматриваются как концепция будущего для технологии приводов с регулируемой скоростью, но, несмотря на интенсивные исследования, проводившиеся в течение десятилетий, они до сих пор достигли лишь низкого уровня проникновения в промышленность. Однако, ссылаясь на недавнюю доступность недорогих высокопроизводительных полупроводников, один более крупный производитель приводов в течение последних нескольких лет активно продвигал матричные преобразователи. [11]

См. Также [ править ]

  • Частотно-регулируемый привод
  • Преобразователь частоты
  • Конвертер разреженной матрицы

Ссылки [ править ]

  1. ↑ JW Kolar, T. Friedli, F. Krismer, SD Round, «The Essence of Three-Phase AC / AC Converter Systems», Proceedings of the 13th Power Electronics and Motion Control Conference (EPE-PEMC'08), Poznan, Poland , стр. 27 - 42, 1 - 3 сентября 2008 г.
  2. Перейти ↑ Lee, MY (2009). Трехуровневая топология матричного преобразователя с фиксированной нейтралью (PDF) . Ноттингемский университет. п. 8. Архивировано из оригинального (PDF) 01.02.2014 . Проверено 21 апреля 2012 .
  3. ↑ I. Takahashi, Y. Itoh, «Электролитический конденсаторный инвертор PWM», в Proceedings of the IPEC'90, Tokyo, Japan, pp. 131–138, 2–6 апреля 1990 г.
  4. ^ К. Куусела, М. Сало, Х. Тууса, «Источник тока с ШИМ-преобразователем с постоянным магнитом и синхронным двигателем с регулируемым током звена постоянного тока», в материалах NORPIE'2000, Ольборг, Дания, стр. 54–58 , 15 - 16 июня 2000 г.
  5. ^ MH Bierhoff, FW Fuchs, «Широтно-импульсная модуляция для преобразователей источника тока - подробная концепция», в материалах 32-й конференции IEEE IECON'06, Париж, Франция, 7–10 ноября 2006 г.
  6. ^ L. Gyugyi, BR Пелли, «Статическая мощность преобразователей частоты - теория, производительность, и применение», НьюЙорк: J. Wiley, 1976.
  7. ^ WI Попов, «Der zwangskommutierte Direktumrichter мит sinusförmiger Ausgangsspannung,» Elektrie 28, № 4, стр 194 -. 196, 1974
  8. ^ J. Holtz, U. Boelkens, «Прямой преобразователь частоты с синусоидальными линейными токами для двигателей переменного тока с регулируемой скоростью», IEEE Transactions on Industry Electronics, Vol. 36, No. 4, pp. 475–479, 1989.
  9. ^ К. Шинохара, Ю. Минари, Т. Ириса, «Анализ и основные характеристики асинхронного двигателя, управляемого инвертором источника напряжения без компонентов промежуточного звена (на японском языке)», IEEJ Transactions, Vol. 109-Д, № 9, с. 637 - 644, 1989.
  10. ^ Л. Вэй, Т.А. Липо, «Новая топология матричного преобразователя с простой коммутацией», в материалах 36-го IEEE IAS'01, Чикаго, США, т. 3. С. 1749–1754, 30 сентября - 4 октября 2001 г.
  11. ^ Свами, Махеш; Куме, Цунео (16 декабря 2010 г.). «Современное состояние и футуристическое видение технологии моторных приводов» (PDF) . Техника передачи энергии . www.powertransmission.com . Проверено 8 октября +2016 .