Энергосовет - энергосбережение и энергоэффективность

НП "Энергоэффективный город" представляет портал "Энергосовет" - всё об энергосбережении в интернете

Еще по теме Экономия электрической энергии

Энергосберегающая технология преобразования переменного тока в постоянный ток

Окончание

Cтраницы: << предыдущая | 1 | 2 |



При этом такие преобразователи, получившие название «компенсационные преобразователи», превращаются из потребителей в генераторы реактивной мощности емкостного характера.

Последний этап в развитии УВП с искусственной коммутацией ознаменовался появлением глубокорегулируемых устройств, свойства которых делают возможным применение их в широкой области техники. Разрабатывая преобразователь с искусственной коммутацией, в первую очередь приходится решать вопрос о коммутирующем узле.

В случае использования полностью управляемых вентилей (IGBT, GTO, IGCT) этот вопрос отпадает, но встает вопрос об ограничении перенапряжений из-за большой скорости изменения коммутируемых токов.

Время выключения этих вентилей на порядок меньше времени выключения тиристоров. Поэтому, наряду с решением вопросов по созданию быстродействующих выпрямителей, необходимо решить и проблему снижения перенапряжений на вентилях при прерывании тока в цепи нагрузки.

При применении питания потребителей от полупроводниковых преобразователей нарушается электромагнитная совместимость за счет несинусоидальности потребляемого тока из сети. При этом происходит генерирование в сеть высших, субгармонических и искажающих составляющих, а в ряде случаев затруднен или невозможен двухсторонний обмен энергией с питающей сетью.

Достижения современной силовой и информационной электроники позволяют преодолеть эти недостатки за счет применения современных силовых MOSFET и IGBT транзисторов, GTO и IGCT тиристоров, а также внедрения микропроцессорных систем непосредственного цифрового управления.

Схема мостового преобразователя на силовых транзисторах изображена на рис. 4. Дополнительно данный преобразователь оснащен устройством, состоящим из маломощного неуправляемого выпрямителя на диодах VD1-VD6, катодного Сф1 и анодного Сф2 фильтров, вспомогательных транзисторов VT7 и VT8 и диодов VD7 и VD8.


Рассмотрим работу конденсаторного фильтра в режимах, когда его заряд под воздействием тока выходящей из работы фазы чередуется с частичным разрядом током включаемой фазы.

Данный преобразователь содержит группу силовых полностью управляемых вентилей (типов GTO, IGCT или IGBT) VT1, VT2, VT3, группу вспомогательных маломощных диодов VD1, VD2, VD3, полярный конденсатор фильтра Сф, коммутирующий вентиль VT7 и разделительный диод VD7. Для того, чтобы конденсатор начал разряжаться током вступающей в работу фазы, необходимо подать управляющий импульс на включение силового вентиля этой фазы и одновременно на вентиль VT7.

Перевод конденсатора в цепь выходящей из работы фазы, с целью его заряда, осуществляется путем выключения силового вентиля в этой фазе и одновременно вентиля VT7. На внекоммутационных интервалах конденсатор оказывается вне контура тока нагрузки, не оказывая влияния на протекание процессов в схеме.

Экономичность передачи электроэнергии от источника до электропривода зависит от типа и технических характеристик элементов потребителя, а также от режимов работы выпрямительного устройства. Электрический преобразователь преобразует переменные, которые характеризуют поступившую на его вход электроэнергию к виду, необходимому для последующего преобразования ее в механическую работу электромеханическим преобразователем (ЭМП).

Для компенсационных преобразователей энергетические показатели по гармоническому составу и потребляемой мощности описываются аналогичной системой уравнений для управляемых выпрямителей при естественной коммутации (рис. 2).

Разница будет состоять лишь в том, что вместо потребления реактивной мощности индуктивного характера компенсационные выпрямители будут генерировать реактивную мощность емкостного характера. Если эту генерируемую мощность не потреблять другими установками, потребляющими из сети реактивную мощность индуктивного характера, то влияние компенсационных выпрямителей на питающую сеть будет точно таким же, как и выпрямителей с естественной коммутацией.

Применение компенсационных выпрямителей даст положительный результат в случае, когда в узле нагрузки будут потребители реактивной мощности индуктивного характера

В этом случае значение полной мощности, потребляемой компенсационным выпрямителем, будет уменьшаться за счет снижения реактивной мощности

Максимальное снижение полной мощности будет при равенстве реактивной мощности емкостного характера и реактивной мощности индуктивного характера.


Из анализа работы управляемого выпрямителя с искусственной коммутацией следует, что при изменении углов управления α с целью изменения выходного напряжения, при отсутствии потребителей реактивной мощности индуктивного характера, энергетические показатели будут повторять показатели выпрямителей с естественной коммутацией с той лишь разницей, что компенсационные выпрямители генерируют реактивную мощность емкостного характера.

Эффективность применения компенсационных выпрямителей достигается при условии нахождения в непосредственной близости потребителей реактивной мощности индуктивного характера.


Компенсированные выпрямители

На рис. 5 приведены временные графики при комбинированном управлении, когда, например, катодная группа работает с опережающими углами управления, а анодная - в режиме естественной коммутации (отстающие углы управления). Такие преобразователи получили название «компенсированные выпрямители».

При последовательном соединении катодной и анодной групп силовых вентилей, при соответствующем подборе углов управления, происходит взаимная компенсация потребляемой реактивной мощности из сети.



Компенсированные выпрямители, в отличие от компенсационных, имеют только один узел искусственной коммутации в катодной или анодной группе.

Оснащение компенсированного преобразователя конденсаторным фильтром придает ему ряд новых свойств.

Принцип работы узла защиты от перенапряжений, исключающий накапливание энергии в конденсаторе, принципиально повторяет работу одного из узлов компенсационного выпрямителя.

При допущении мгновенной коммутации можно получить простые зависимости и сделать общие выводы относительно гармонического состава тока, потребляемого из сети компенсированным преобразователем.



При разложении периодических несинусоидальных функций в ряд Фурье определяются действующие значения ряда нечетных и четных гармоник тока. При этом в составе переменного тока преобразователя отсутствуют гармоники кратные трем, однако присутствуют четные составляющие.

Действующее значение высших гармоник периодически изменяет свою величину, причем максимальные значения их обратно пропорциональны своему порядковому номеру.



Фазовый сдвиг первой гармоники тока относительно кривой напряжения (считаем ее синусоидальной) вычислим из выражения



Выражение (5) показывает, что угол сдвига φ(1) по первой гармонике компенсированного преобразователя не зависит от углов управления и при допущении в мгновенной коммутации равен нулю (cosφ(1) =1). Следовательно, работа компенсированного преобразователя происходит без потребления реактивной мощности из питающей сети.

Таким образом, полная мощность компенсированного преобразователя содержит лишь две составляющие и определяется из выражения



Из кривых на рис. 7, построенных на основе этих зависимостей, видно, что в отличие от обычных схем выпрямления, уменьшение выходного напряжения при регулировании компенсированного преобразователя сопровождается уменьшением величины полной, а также полезной мощности. По сравнению с преобразователями с естественной коммутацией в данном преобразователе характер изменения мощности - не монотонный.

Наличие высших гармонических в составе переменного тока в мощных вентильных преобразователях, вызывает неблагоприятное влияние на показатели качества электроэнергии. Степень этого влияния в первую очередь зависит от абсолютных величин гармоник тока вентильных преобразователей.

Показатель влияния преобразователя на питающую сеть принято определять через величину коэффициента искажения, так как в обычных схемах выпрямления он характеризует абсолютные величины высших гармоник тока.

В компенсированном преобразователе величина коэффициента искажения характеризует лишь относительное содержание высших гармоник, так как величина полного потребляемого тока здесь является также функцией угла управления. Это позволяет считать, что, несмотря на падающий характер зависимости , работа компенсированного преобразователя в зарегулированном состоянии не будет вести к ухудшению качества энергии, так как потребление тока с увеличением угла α снижается.


Выводы

1. Применение УВП с естественной коммутацией сопровождается перетоками реактивной мощности по системе электроснабжения пропорционально степени регулирования выходного напряжения. В результате работа мощных регулируемых выпрямителей вызывает резкое колебание напряжения в питающей сети, ухудшая качество электроэнергии в системе.

2. В компенсационных преобразователях искусственная коммутация в катодной и анодной группах силовых вентилей превращает УВП в источник реактивной мощности емкостного характера. Наибольшая эффективность применения компенсационных преобразователей получается тогда, когда в узле нагрузок соблюдается баланс обмена реактивными мощностями емкостного и индуктивного характера.

3. Компенсированный выпрямитель обладает рядом новых свойств: коэффициент сдвига по первой гармонике тока относительно кривой напряжения сети (синусоидального) во всем диапазоне регулирования имеет значение близкое к единице и не зависит от угла управления; работа компенсированного преобразователя происходит без потребления реактивной мощности между установкой и питающей сетью; полная потребляемая из питающей сети мощность компенсированного преобразователя содержит лишь две составляющие – активную мощность и мощность искажения; первая гармоника потребляемого тока с увеличением угла управления монотонно уменьшается по закону косинусоидальной функции. По мере ее снижения высшие гармоники также уменьшаются по абсолютному значению.

4. В компенсированном преобразователе величина полного потребляемого тока является функцией угла управления, а величина коэффициента искажения тока характеризует лишь относительное содержание высших гармоник. Это позволяет считать, что, несмотря на падающий характер значения коэффициента искажения, работа компенсированного преобразователя в зарегулированном состоянии не будет вести к ухудшению качества потребляемой энергии, так как потребление тока из питающей сети с увеличением угла управления  снижается.

Cтраницы: << предыдущая | 1 | 2 |

печатьраспечатать | скачать бесплатно Энергосберегающая технология преобразования переменного тока в постоянный ток (Окончание), Зайцев А.И., Источник: Журнал «Электротехнические комплексы и системы управления»,
www.v-itc.ru/electrotech

скачать архив скачать архив.zip(270 кБт)


Rambler's Top100

Авторские права на размещенные материалы принадлежат авторам
Тел.(495) 360-76-40 E-mail:
© Портал ЭнергоСовет.ru - энергосбережение, энергоэффективность, энергосберегающие технологии 2006-2019
Возрастная категория Интернет-сайта 18 +
реклама | карта сайта | о проекте | контакты | правила использования статей