Преобразователь переменного тока в переменный
| Часть серии о |
| Энергетика |
|---|
| Преобразование электроэнергии |
| Электроэнергетическая инфраструктура |
| Компоненты электроэнергетических систем |
Твердотельный преобразователь переменного тока в переменный преобразует переменного тока сигнал в сигнал другого типа, при этом выходное напряжение и частота могут устанавливаться произвольно.
Категории
[ редактировать ]
Ссылаясь на рисунок 1, преобразователи переменного тока в переменный можно разделить на следующие категории:
- Косвенные преобразователи переменного тока в переменный (или переменный/постоянный в переменный) (т. е. с выпрямителем, звеном постоянного тока и инвертором), [2] например, те, которые используются в преобразователях частоты
- Циклоконвертеры
- Гибридные матричные преобразователи
- Матричные преобразователи (МК)
- Контроллеры переменного напряжения
Преобразователи постоянного тока
[ редактировать ]
Существует два типа преобразователей со звеном постоянного тока:
- Преобразователи с инвертором напряжения (VSI) (рис. 2). В преобразователях VSI выпрямитель состоит из диодного моста, а звено постоянного тока состоит из шунтирующего конденсатора.
- Инверторные преобразователи тока (CSI) (рис. 3). В преобразователях CSI выпрямитель состоит из моста переключающего устройства с фазовым управлением, а звено постоянного тока состоит из 1 или 2 последовательных индукторов между одной или обеими ветвями 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. Альтернативно, в секции выпрямителя должен быть установлен встречно-параллельный тиристорный мост для подачи энергии обратно в линию переменного тока. Однако такие выпрямители на основе тиристоров с фазовым управлением имеют более высокие искажения в сети переменного тока и более низкий коэффициент мощности при низкой нагрузке, чем выпрямители на основе диодов.
Преобразователь переменного тока в переменный с примерно синусоидальным входным током и двунаправленным потоком мощности может быть реализован путем подключения выпрямителя с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и инвертора ШИМ к цепи постоянного тока. Затем величина звена постоянного тока передается элементом накопления энергии, который является общим для обеих ступеней, которым является конденсатор C для звена постоянного тока напряжения или катушка индуктивности L для звена постоянного тока тока. Выпрямитель ШИМ управляется таким образом, что потребляется синусоидальный переменный ток, который находится в фазе или противофазе (для обратной связи по энергии) с соответствующим фазным напряжением сети переменного тока.
Преимущество накопительного элемента звена постоянного тока заключается в том, что обе ступени преобразователя в значительной степени развязаны для целей управления. Кроме того, для каскада ШИМ-инвертора существует постоянная, независимая от сети переменного тока входная мощность, что приводит к более высокому использованию мощности преобразователя. С другой стороны, элемент накопления энергии звена постоянного тока имеет относительно большой физический объем, и при использовании электролитических конденсаторов в случае звена постоянного тока потенциально сокращается срок службы системы.
Циклоконвертеры
[ редактировать ]Циклоконвертер создает выходной сигнал переменной частоты, приблизительно синусоидальный, путем переключения сегментов входного сигнала на выходной; промежуточного звена постоянного тока нет. При использовании переключающих элементов, таких как SCR , выходная частота должна быть ниже входной. Очень большие циклоконвертеры (порядка 10 МВт) производятся для приводов компрессоров и аэродинамических труб или для установок с регулируемой скоростью, таких как цементные печи.
Матричные преобразователи
[ редактировать ]
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 матричные преобразователи прямого действия (рис. 4) выполняют преобразование напряжения и тока за один этап.
Существует альтернативный вариант косвенного преобразования энергии с использованием преобразователя косвенной матрицы (рис. 5) или преобразователя разреженной матрицы , который был изобретен профессором Иоганном В. Коларом из ETH Цюриха. Как и в контроллерах VSI и CSI на базе 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 запоминающий элемент в звене постоянного тока исключается за счет большего количества полупроводников. Матричные преобразователи часто рассматриваются как будущая концепция технологии приводов с регулируемой скоростью, но, несмотря на интенсивные исследования на протяжении десятилетий, они до сих пор достигли лишь низкого уровня промышленного проникновения. Однако, ссылаясь на недавнюю доступность недорогих высокопроизводительных полупроводников, один крупный производитель приводов в последние несколько лет активно продвигает матричные преобразователи. [11] [12]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Дж. В. Колар, Т. Фридли, Ф. Крисмер, С.Д. Раунд, «Суть трехфазных систем преобразователей переменного/переменного тока», Материалы 13-й конференции по силовой электронике и управлению движением (EPE-PEMC'08), Познань, Польша , стр. 27–42, 1–3 сентября 2008 г.
- ^ Ли, МЮ (2009). Трехуровневая топология матричного преобразователя с фиксированием нейтральной точки (PDF) . Университет Ноттингема. п. 8. Архивировано из оригинала (PDF) 1 февраля 2014 г. Проверено 21 апреля 2012 г.
- ^ И. Такахаси, Ю. Ито, «Электролитический безконденсаторный ШИМ-инвертор», в Трудах IPEC'90, Токио, Япония, стр. 131–138, 2–6 апреля 1990 г.
- ^ К. Куусела, М. Сало, Х. Тууса, «Источник тока, ШИМ-преобразователь, питаемый синхронным двигателем с постоянным магнитом и регулируемым током в звене постоянного тока», в материалах NORPIE'2000, Ольборг, Дания, стр. 54–58 , 15 – 16 июня 2000 г.
- ^ М. Х. Бирхофф, Ф. В. Фукс, «Широтоимпульсная модуляция для преобразователей источников тока - подробная концепция», в материалах 32-й конференции IEEE IECON'06, Париж, Франция, 7–10 ноября 2006 г.
- ^ Л. Гюги, Б. Р. Пелли, «Статические преобразователи частоты мощности - теория, производительность и применение», Нью-Йорк: Дж. Вили, 1976.
- ^ В.И. Попов, «Прямой преобразователь с принудительной коммутацией и синусоидальным выходным напряжением», Elektrie 28, No. 4, стр. 194–196, 1974 г.
- ^ Дж. Хольц, У. Боелкенс, «Преобразователь прямой частоты с синусоидальными сетевыми токами для двигателей переменного тока с регулируемой скоростью», IEEE Transactions on Industry Electronics, Vol. 36, № 4, стр. 475–479, 1989.
- ^ К. Шинохара, Ю. Минари, Т. Ириса, «Анализ и фундаментальные характеристики асинхронного двигателя, приводимого в действие инвертором источника напряжения, без компонентов звена постоянного тока (на японском языке)», IEEJ Transactions, Vol. 109-Д, № 9, стр. 637 – 644, 1989.
- ^ Л. Вей, Т.А. Липо, «Новая топология матричного преобразователя с простой коммутацией», в материалах 36-й конференции IEEE IAS'01, Чикаго, США, том. 3, стр. 1749–1754, 30 сентября – 4 октября 2001 г.
- ^ Свами, Махеш; Куме, Цунео (16 декабря 2010 г.). «Современное состояние и футуристическое видение технологии моторного привода» (PDF) . Техника передачи энергии . www.powertransmission.com. Архивировано из оригинала (PDF) 5 декабря 2020 года . Проверено 8 октября 2016 г.
- ^ «Reliance Electric Automax PLC 57C493 | Промышленная автоматизация» . 57c493.com . Проверено 16 декабря 2023 г.