Однофазний трирівневий перетворювач з поліпшеним гармонійним спектром вхідного струму.
Випрямлячі застосовуються в досить великій кількості перетворювальних пристроїв і систем,. До них, перш за все, можна віднести системи для електричних приводів, телекомунікаційні пристрої, електролізних і електротермічні установки, зварювальні та зарядні апарати, системи безперебійного електроживлення і т. д. По суті перераховане обладнання є нелінійною навантаженням, застосування якої призводить до виникнення спотворень струму і напруги в живильній мережі, внаслідок чого виникають проблеми, пов'язані з електромагнітної сумісності джерела живлення та навантаження. Тому необхідно унормувати негативний вплив нелінійних навантажень на мережу живлення. У Росії розроблені системи стандартів та сертифікації за електромагнітної сумісності.
В даний час запропоновано велику різноманітність випрямних схем, що дозволяють поліпшити гармонійний склад вхідного струму. У зарубіжних публікаціях вже пропонуються деякі класифікації випрямних схем, що дозволяють виділити окремі групи схем випрямлячів з тих чи інших загальних ознак. Керуючись класифікацією, можна виділити дві основні групи випрямлячів - "Unidirectional" і "Bidirectional", кожна з яких включає в себе наступні види випрямлячів: Boost rectifier, Buck rectifier, Buck-Boost rectifier, Multilevel rectifier, Multipulse rectifier. У Росії дослідні роботи у відношенні перерахованих схем випрямлячів ведуться досить активно.
Останнім часом посилився інтерес до багаторівневих випрямлячів (Multilevel rectifier), що дозволяє формувати вхідний струм, близький до синусоїди. Незважаючи на досить велику кількість робіт, присвячених дослідженню багаторівневих випрямних схем, залишаються питання, які з тих чи інших причин висвітлені у меншій мірі.
Розглянемо алгоритми управління додатковими двонаправленими ключами однофазного трирівневого випрямляча, проводимо аналіз електромагнітних процесів, що дозволяє виявити властивості випрямляча, виведемо співвідношення для струмів і напруг елементів схеми, а також зовнішньої характеристики.
Схема випрямляча наведена на рис. 1а, а на рис. 1б - одна з можливих схемних реалізацій, що застосовуються в схемі, додаткових двонаправлених ключів S а S b.
Властивості розглянутого випрямляча багато в чому залежать від алгоритмів керування додатковими ключами. Використовуючи широтно-імпульсну модуляцію роботи ключів можна добитися низького вмісту неосновних гармонік у вхідному струмі випрямляча. Однак хорошої якості вхідного струму можливо досягти і при інших алгоритмах управління ключами S a, S b, при яких здійснюється їх низькочастотне перемикання. Це дозволяє в значній мірі знизити комутаційні втрати.
На рис.2, а, б відображені епюри, що характеризують два можливих алгоритму управління двонаправленими ключами випрямляча. Домовимося називати їх алгоритм I і алгоритм II. При цьому S a, S b - тривалості включеного стану двонаправлених ключів; u AN і u BN - Напруги на затискачах А і В відносно точки N; u AB - напруга між затискачами А і В; U 0 і U 0 - напруги на конденсаторах C 1 і С 2 відповідно.
Алгоритм I. Основний принцип даного алгоритму полягає в тому, що на певних інтервалах працюють ключі S a, S b, а між ними-діоди випрямляча рис.2, а. Тривалість інтервалів управління ключами визначається коефіцієнтом γ, що змінюється в межах 0-1. Розглянутий алгоритм дозволяє забезпечити форму вхідного струму (i 1), близьку до синусоїди, в зв'язку з цим при аналізі будемо вважати, що струм вхідний фази випрямляча синусоїдальний. При цьому струми i d і i 'd , Що формуються в
схемою, будуть мати вигляд, показаний на рис.3.
Алгоритм II. Другий алгоритм відрізняється від першого наявністю інтервалу спільної роботи ключів S a S b і дозволяє отримати менший коефіцієнт гармонік вхідного струму в порівнянні з алгоритмом I. При аналізі будемо, як і раніше, вважати, що вхідний струм випрямляча чисто синусоїдальний. Тоді, як видно з рис.4, струм ключів S а, S b містить в собі дві складові i ', i ", що формуються від двох інтервалів роботи ключів. Таким чином, діюче значення струму, наприклад ключа S а,
γ 1 = 0ч1 - коефіцієнт, що визначає тривалість вузького імпульсу управління для додаткових ключів; γ 2 = 0ч1 - коефіцієнт, що визначає тривалість широкого імпульсу управління для додаткових ключів.
Отже,
Очевидно, що I Sa = I Sb. Згідно рис.4 максимальне значення струмів ключів S а S b визначається наступним співвідношенням:
Чинне значення струму діода випрямляча для розглянутого алгоритму
Згідно рис 4, середнє значення струму:
Випрямлячі застосовуються в досить великій кількості перетворювальних пристроїв і систем,. До них, перш за все, можна віднести системи для електричних приводів, телекомунікаційні пристрої, електролізних і електротермічні установки, зварювальні та зарядні апарати, системи безперебійного електроживлення і т. д. По суті перераховане обладнання є нелінійною навантаженням, застосування якої призводить до виникнення спотворень струму і напруги в живильній мережі, внаслідок чого виникають проблеми, пов'язані з електромагнітної сумісності джерела живлення та навантаження. Тому необхідно унормувати негативний вплив нелінійних навантажень на мережу живлення. У Росії розроблені системи стандартів та сертифікації за електромагнітної сумісності.
В даний час запропоновано велику різноманітність випрямних схем, що дозволяють поліпшити гармонійний склад вхідного струму. У зарубіжних публікаціях вже пропонуються деякі класифікації випрямних схем, що дозволяють виділити окремі групи схем випрямлячів з тих чи інших загальних ознак. Керуючись класифікацією, можна виділити дві основні групи випрямлячів - "Unidirectional" і "Bidirectional", кожна з яких включає в себе наступні види випрямлячів: Boost rectifier, Buck rectifier, Buck-Boost rectifier, Multilevel rectifier, Multipulse rectifier. У Росії дослідні роботи у відношенні перерахованих схем випрямлячів ведуться досить активно.
Останнім часом посилився інтерес до багаторівневих випрямлячів (Multilevel rectifier), що дозволяє формувати вхідний струм, близький до синусоїди. Незважаючи на досить велику кількість робіт, присвячених дослідженню багаторівневих випрямних схем, залишаються питання, які з тих чи інших причин висвітлені у меншій мірі.
Розглянемо алгоритми управління додатковими двонаправленими ключами однофазного трирівневого випрямляча, проводимо аналіз електромагнітних процесів, що дозволяє виявити властивості випрямляча, виведемо співвідношення для струмів і напруг елементів схеми, а також зовнішньої характеристики.
Схема випрямляча наведена на рис. 1а, а на рис. 1б - одна з можливих схемних реалізацій, що застосовуються в схемі, додаткових двонаправлених ключів S а S b.
Властивості розглянутого випрямляча багато в чому залежать від алгоритмів керування додатковими ключами. Використовуючи широтно-імпульсну модуляцію роботи ключів можна добитися низького вмісту неосновних гармонік у вхідному струмі випрямляча. Однак хорошої якості вхідного струму можливо досягти і при інших алгоритмах управління ключами S a, S b, при яких здійснюється їх низькочастотне перемикання. Це дозволяє в значній мірі знизити комутаційні втрати.
Малюнок 1. Схеми однофазного трирівневого випрямляча (а) і двунаправленного ключа (б). |
Алгоритм I. Основний принцип даного алгоритму полягає в тому, що на певних інтервалах працюють ключі S a, S b, а між ними-діоди випрямляча рис.2, а. Тривалість інтервалів управління ключами визначається коефіцієнтом γ, що змінюється в межах 0-1. Розглянутий алгоритм дозволяє забезпечити форму вхідного струму (i 1), близьку до синусоїди, в зв'язку з цим при аналізі будемо вважати, що струм вхідний фази випрямляча синусоїдальний. При цьому струми i d і i 'd , Що формуються в
Малюнок 3. Токи |
Малюнок 2. Алгоритм I (а) і алгоритм II (б) роботи випрямляча. |
Алгоритм II. Другий алгоритм відрізняється від першого наявністю інтервалу спільної роботи ключів S a S b і дозволяє отримати менший коефіцієнт гармонік вхідного струму в порівнянні з алгоритмом I. При аналізі будемо, як і раніше, вважати, що вхідний струм випрямляча чисто синусоїдальний. Тоді, як видно з рис.4, струм ключів S а, S b містить в собі дві складові i ', i ", що формуються від двох інтервалів роботи ключів. Таким чином, діюче значення струму, наприклад ключа S а,
γ 1 = 0ч1 - коефіцієнт, що визначає тривалість вузького імпульсу управління для додаткових ключів; γ 2 = 0ч1 - коефіцієнт, що визначає тривалість широкого імпульсу управління для додаткових ключів.
Отже,
Згідно рис 4, середнє значення струму:
Малюнок 4. Струми при алгоритмі II управління ключами |