Doskonalenie przetwornic półprzewodnikowych w zautomatyzowanych elektrycznych układach napędowych

Półprzewodnikowe przyrządy mocy i oparte na nich przetwornice rozwijane są w następujących priorytetowych obszarach:

• doskonalenie charakterystyk półprzewodnikowych przyrządów mocy;

• rozszerzenie wykorzystania inteligentnych modułów zasilania;

• optymalizacja schematów i parametrów przetwornic, pozwalająca na zapewnienie niezbędnych parametrów technicznych i wskaźników ekonomicznych napędów elektrycznych;

• doskonalenie algorytmów bezpośredniego cyfrowego sterowania przetwornikami.

Obecnie przetwornice mocy wykonywane są w oparciu o półprzewodnikowe elementy mocy w postaci sterowalnych prostowników, autonomicznych przetwornic napięcia i prądu, przetwornic sieciowych itp.przetwornice częstotliwości z bezpośrednim podłączeniem do sieci.

Rodzaje zastosowanych przekształtników i filtrów kompensacyjnych determinowane są przez rodzaj silnika elektrycznego, zadania sterowania, moc, wymagany zakres regulacji współrzędnych, konieczność przywrócenia energii do sieci, wpływ przekształtników na sieć elektroenergetyczną.

Rozwiązania obwodów konwertera pozostają tradycyjne w napędach prądu stałego i przemiennego. Biorąc pod uwagę rosnące wymagania dotyczące charakterystyk energetycznych napędów elektrycznych oraz konieczność ograniczenia ich negatywnego wpływu na sieć elektroenergetyczną, opracowywane są przetwornice zapewniające ekonomiczne sposoby sterowania urządzeniami technologicznymi.

Zmiany w obwodach mocy przetwornic półprzewodnikowych związane są głównie z pojawieniem się i upowszechnieniem nowych urządzeń — potężne tranzystory polowe (MOSFET), IGBT (IGBT), tyrystory blokujące (GTO).

Obecnie można wyróżnić następujące kierunki rozwoju przetwornic statycznych:

• rozszerzenie zakresu w pełni sterowanych przyrządów półprzewodnikowych (tranzystory — do 2 MW, tyrystory — do 10 MW);

• Dystrybucja metody modulacji szerokości impulsu (PWM).

• zastosowanie blokowych zasad budowy przekształtników opartych na zunifikowanych silosowych modułach hybrydowych opartych na tranzystorach i tyrystorach;

• umiejętność wykonywania przetwornic prądu stałego i przemiennego oraz ich kombinacji na jednej podstawie konstrukcyjnej.

W napędach elektrycznych prądu stałego oprócz prostowników sterowanych stosuje się układy z prostownikami niesterowanymi oraz przetwornikami szerokości impulsu w celu uzyskania pracy z dużymi prędkościami. W takim przypadku urządzenie do kompensacji filtra może zostać odrzucone.

Używane konwertery do sterowania silnikami z magnesami trwałymi zawierają sterowany prostownik i niezależny falownik sterowany sygnałami z czujnika położenia wirnika.

Układy regulacji częstotliwości dla silników asynchronicznych wykorzystują głównie falowniki napięcia. W takim przypadku przy braku odzysku energii można zastosować w sieci prostownik niesterowany, uzyskując najprostszy układ przetwornicy.Możliwość zastosowania urządzeń w pełni sterowalnych oraz PWM sprawia, że ​​schemat ten ma szerokie zastosowanie w szerokim zakresie mocy.

Przetwornice z falownikami prądu, uważane do niedawna za najprostsze i najwygodniejsze do sterowania silnikami elektrycznymi, mają obecnie ograniczone zastosowanie w porównaniu z innymi typami przetwornic.

W napędach dużej mocy z ograniczonym zakresem regulacji prędkości obrotowej stosowane są przetwornice częstotliwości zawierające prostownik niesterowany i falownik sieciowy, stanowiące podstawę kaskady zaworów indukcyjnych.

Mocne przetwornice częstotliwości z bezpośrednim podłączeniem do sieci w maszynach z podwójnym zasilaniem oraz w sterowaniu wolnoobrotowymi silnikami asynchronicznymi lub synchronicznymi mają pewną perspektywę.

Nowoczesne przetwornice półprzewodnikowe stosowane w zautomatyzowanych układach napędów elektrycznych obejmują zakres mocy od setek watów do kilkudziesięciu megawatów.

Przeczytaj także w tym temacie: Producenci przetwornic częstotliwości