Способы повышения коэффициента мощности элетропривода с полупроводниковыми преобразователями

Преобразователи с фазовым управлением (изменением фазового угла отпирания тиристоров) находят широкое при­менение благодаря своей простоте, надежности и экономич­ности. Однако коэффициент мощности таких преобразовате­лей при малых напряжениях на выходе (при больших углах отпирания тиристоров) низок. При увеличении угла отпира­ния увеличивается сдвиг между напряжением сети и током, потребляемым преобразователем. Регулирование с низким коэффициентом мощности весьма нежелательно в электро­приводах большой мощности.

Неуправляемый и полууправляемый преобразователи пе­ременного тока в постоянный в отношении коэффициента мощности обладают лучшими показателями по сравнению с полностью управляемым преобразователем.

Улучшение коэффициента мощности преобразователей может быть достигнуто при использовании полностью управ­ляемых полупроводниковых приборов (GTO, GCT, IGCT, IGBT), которые могут переключаться принудительно в любой момент времени.

Рассмотрим способы улучшения коэффициента мощности преобразователей.

Симметричное управление углом коммутации.

В этой схеме тиристоры открываются в фазе α и закры­ваются принудительно в фазе π – α. В подобных схемах им­пульсы потребляемого из сети тока расположены симметрич­но относительно максимумов напряжения сети. Поэтому 1-я гармоника тока находится в фазе с питающим напряжением, что обусловливает .

Широтно-импульсное управление.

В схемах с симмет­ричным управлением график тока сети содержит один им­пульс в каждый полупериод изменения напряжения сети. В гармонический состав этого тока входит 3-я гармоника, фильтрация которой связана со значительными трудностями. Низшие гармоники можно исключить или уменьшить, увели­чивая число импульсов тока в течение полупериода питающе­го напряжения.

При широтно-импульсном управлении тиристор открыва­ется и запирается несколько раз за каждый полупериод. Из­менением продолжительности открытого состояния тиристо­ра регулируется выходное напряжение преобразователя.

Низшие гармоники могут быть уменьшены или исключены совсем путем правильного выбора продолжительности им­пульса и их числа за полупериод. Хотя при этом и расширя­ется состав высших гармоник, но они могут быть легко от­фильтрованы.

При широтно-импульсном управлении сдвиг по фазе 1-й гармоники тока равен нулю (). Из низших гармо­ник присутствуют 5-я при четырех импульсах за полупериод, или 7-я при шести импульсах. Таким образом, при широтно-импульсном управлении трудно фильтруемые низшие гармо­ники ликвидируются либо значительно подавляются путем рационального выбора числа импульсов за полупериод.

Поочередное управление последовательно соединен­ными преобразователями.

Преобразователи могут быть со­единены последовательно с целью уменьшения выходного напряжения каждого из них, улучшения коэффициента мощ­ности и снижения пульсаций выпрямленного напряжения.

Если соединить последовательно два преобразователя, ка­ждый из которых обеспечивает на выходе напряжение в диа­пазоне от нуля до половины максимально возможного, то для регулирования напряжения в этом диапазоне используется один преобразователь, другой преобразователь шунтируется обратным диодом. Это означает, что при первый преобразователь полностью открыт и его угол управления равен нулю, что приводит к увеличению коэффициента мощности в зоне малых значений выходного напряжения. Для регулирования относительного значения напряже­ния в диапазоне один преобразователь полностью открыт (α = 0), а выходное напряжение другого преобразова­теля регулируется.

В электроприводах с высоковольтными двигателями такие схемы имеют преимущества перед последовательным соеди­нением тиристоров в одном преобразователе, поскольку по­зволяют осуществлять регулирование с высоким коэффици­ентом мощности.