Регульовані електроприводи з активними випрямлячами

Abstract

Дисертаційна робота присвячена вирішенню наукової задачі – дослідження регульованих електроприводів (ЕП) з використанням у них трифазних активних випрямлячів (АВ), з метою забезпечення електромагнітної сумісності (ЕМС) та підвищення енергетичної ефективності ЕП. Наявність великої кількості АВ та обмеженість прикладів їх конкретного застосування в ЕП, зумовили необхідність формування загального підходу до вибору АВ для створення нових поколінь регульованих ЕП. Для цього розроблено класифікацію АВ з врахуванням ознак впливу ЕП на ЕМС (різна потужність та переважаючі режими роботи), а також з врахуванням функцій АВ у цих ЕП. Сформульовано рекомендації щодо використання АВ в ЕП. У результаті досліджень роботи різних топологій АВ сформовано ієрархічний підхід до побудови систем керування ними та окреслено варіанти багатофункціонального використання АВ у системах ЕП. На комп’ютерних моделях досліджено роботу трифазних АВ в асинхронному та синхронному ЕП та показано, що їх енергетичні показники порівняно з показниками у таких же ЕП з традиційним використанням пасивного випрямляча є значно кращими. На комп’ютерних моделях досліджено розроблені варіанти багатофункціонального використання в ЕП АВ, які, поряд із забезпеченням ЕМС, виконують низку додаткових функцій. Диссертационная работа посвящена решению научной задачи – исследования регулируемых электроприводов (ЭП) с использованием у них активных выпрямителей (АВ), с целью обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) и повышения энергетической эффективности ЭП. ЭП занимают более 60 % среди всех потребителей электроэнергии. Из-за роста требований к технологическим процессам и энергосбережению все больше современных ЭП становятся регулируемыми и чаще всего с промежуточным звеном постоянного тока (с диодным мостом и конденсатором на выходе). Такие ЭП потребляют электроэнергию с большим составом высших гармоник, что негативно влияет как на сеть питания, так и на других потребителей, что питаются от нее. Введения международных и отечественных стандартов на качество потребления электроэнергии стало причиной разработки разных технических средств: пассивные, активные и гибридные фильтры, активные выпрямители. Для ЭП наилучшим способом улучшения ЭМС являются АВ, поскольку могут обеспечить и другие функции кроме обеспечения ЭМС. Для создания новых поколений регулируемых ЭП с АВ решено научно-практическую задачу разработки общего обоснованного подхода к выбору АВ для их использования в ЭП. Для этого проведено классификацию АВ с учетом признаков влияния ЭП на ЭМС (разная мощность и преобладающие режимы работы ЭП), а также с учетом дополнительных функций АВ у этих ЭП. На основе полученной классификации АВ разработано рекомендации по их использованию в ЭП. В результате исследований работы разных топологий АВ было сформировано иерархический подход к построению систем управления ними и начерчено пути расширения их функций в системах ЭП. С помощью компьютерного моделирования в программной среде Matlab/Simulink исследовано системы управления разными топологиями АВ. Для трехключевого АВ разработано и исследовано новый принцип управления транзисторами, который позволяет существенно уменьшить частоту переключения, и тем самим уменьшить коммутационные потери энергии. При исследованиях систем управления шестиключевими АВ были сравнены между собой все модификации стратегий управления. Предложено, разработано и исследовано новую модификацию стратегии прямого управления мощностью, которая позволяет значительно уменьшить и стабилизировать частоту переключения транзисторов, что уменьшает потери на переключения и упрощает фильтрацию высокочастотных составляющих тока. На компьютерных моделях исследовано работу трехфазных АВ в асинхронном и синхронном ЭП, причем были сравнены их энергетические характеристики с традиционным использованием пассивного выпрямителя в таких ЭП. Как показали исследования, использования АВ в ЭП обеспечивает THD в несколько раз ниже по сравнению с диодным мостом. Кроме улучшенного качества потребления электроэнергии, использования АВ в ЭП обеспечивают и другие функции, как, например, двонаправленую передачу мощности. Также в диссертационной работе разработано и исследовано компьютерные модели ЭП с АВ с расширенными функциями последних. Показано, что АВ в ЭП могут выполнять ряд других функций, что намного быстрее позволит окупить стоимость такого ЭП. A lot of AVs and lack of examples of their practical usage, especially in ED, cause needs of general reasonable line of approach to a problem of selection ED for a making a new generations of adjustable ED. Classification of AR is developed for this purpose, taking into account the influencing feature of ED on EMC (different power and predominant operating mode), and also taking into account facilities of AR at these ED. On the basis of the got classification of AR are developed recommendations for their using in ED. Recommendations for a using AR in ED are phrased. As a result of researches of different AR topology work is formed hierarchical approach to the construction of the control systems by them and the ways of multifunctional using of ARs at systems of ED are drawn. With computer models there is investigated the work of three-phase AR in asynchronous and synchronous ED and is shown, that their energy indices in comparison with indices in such EDs with traditional using of passive rectifier in such ED are greatly better. With computer models there is explored developed ways of multifunctional using in ED of ARs which together with providing of EMC do line of additional functions.