Приложение С (справочное). Топология преобразователя

Приложение С
(справочное)

Топология преобразователя

С.1 Общие положения

Как правило, при применении преобразователей используют схемные решения, приведенные в приложении В. Особенно это касается преобразователей с линейным напряжением питания не выше 1000 В. Для таких случаев достаточно точными являются представленные в разделе 5 математические модели, описывающие потери в преобразователях и электроприводах.

Однако в некоторых случаях применяют иные схемотехнические решения, влияние которых на потери качественно описано в настоящем приложении.

С.2 Схемы выходных инверторов со свойствами источника напряжения, имеющих отличное от представленного в 5.2.2 математическое описание

Математическая модель, представленная в 5.2.2, описывает потери в двухуровневом инверторе со свойствами источника напряжения. В ряде случаев, особенно в преобразователях на средние напряжения, используют инверторы, имеющие большее число уровней. Наиболее простым решением в данном случае является трехуровневый инвертор, реже встречаются более сложные схемы многоуровневых инверторов.

В зависимости от частоты коммутации и диапазона напряжения многоуровневые решения позволяют уменьшить потери в преобразователе. Кроме того, они способствуют сокращению потерь в двигателе, поскольку уменьшают гармоники тока при той же частоте коммутации полупроводниковых приборов. Соответственно, расчет по математической модели, представленной в 5.2.2, дает более существенное значение потерь, следовательно, для ранее выбранного класса энергоэффективности решение будет более надежным.

Поскольку расчет потерь в многоуровневом инверторе более сложен, чем для двухуровневого инвертора, он не включен в настоящий стандарт.

С.3 Схемы входных преобразователей со свойствами источника напряжения, имеющих отличную от представленной в 5.2.3 модель

Если входной преобразователь представляет собой многоуровневый активный выпрямитель, к нему применимы все положения, представленные в С.2.

Топология пассивных входных преобразователей, выполненных по шестипульсной схеме, представлена в приложении В (см. рисунок В.4), форма тока и напряжения - в приложении В (см. рисунок В.7). В тех случаях, когда требуется снизить уровень пульсаций выходного тока, применяют 12-, 18- и 24-пульсные схемы. Так как входной ток по форме значительно не меняется, может быть использована математическая модель потерь, описанная в 5.2.3.

Другие топологии активных выпрямителей применяют значительно реже, поэтому они будут описаны в следующих изданиях настоящего стандарта.

С.4 Топологии комплектных преобразователей, не являющихся источниками напряжения

Топологии комплектных преобразователей, имеющих свойства, отличные от свойств источника напряжения, например преобразователей со свойствами источника тока или непосредственных преобразователей частоты, используют относительно редко, в основном в электроприводах мощностью свыше 1 МВт или при напряжении свыше 1000 В переменного тока. Расчет потерь для таких схемных решений значительно отличается от приведенного в подразделе 5.1. Математическая модель, если потребуется, будет представлена в следующих изданиях настоящего стандарта, а качественное описание приведено ниже.

Комплектные преобразователи со свойствами источника тока имеют повышенные потери по сравнению с преобразователями со свойствами источника напряжения по следующим причинам:

- преобразователи со свойствами источника тока требуют применения силовых полупроводников с реверсивной запирающей способностью, которые имеют большее прямое падение напряжения по сравнению с полупроводниками с несимметричным запиранием. Соответственно, потери прямой проводимости выше;

- в звене постоянного тока вместо параллельной емкости использована последовательная индуктивность. Потери в реакторах, создающих индуктивность, выше потерь в конденсаторах.

Однако преобразователи со свойствами источника тока имеют форму выходного напряжения, более приближенную к синусоиде, чем преобразователи со свойствами источника тока. Это позволяет снизить гармонические потери в двигателе. В итоге общие потери в комплектных электроприводах с преобразователями со свойствами источника тока и источника напряжения имеют аналогичные показатели.

Преобразователи с непосредственной связью обеспечивают подключение каждой фазы на входе к соответствующей фазе на выходе. Применяют две топологии такого типа преобразователей.

1) Матричные преобразователи используют полупроводниковые приборы, как и выходные инверторы со свойствами источника напряжения, управляя ими с частотой коммутации. Потери в таких преобразователях по отчетам пользователей имеют общие черты с потерями преобразователей со свойствами источника напряжения, хотя их математическая модель отличается. По разным причинам матричные преобразователи применяют достаточно редко, и основания предполагать, что это изменится в ближайшем будущем, отсутствуют.

2) Тиристорные циклоконвертеры используют для применения на диапазоны большой мощности свыше 10 МВт в основном при малых частотах на выходе преобразователя. С одной стороны, тиристоры работают на достаточно низкой частоте коммутации, равной частоте питания, имеют сравнительно низкое прямое падение напряжения и, соответственно, малые потери. С другой стороны, потери в двигателе и цепях питания выше за счет большого содержания гармоник напряжения.