Приложение на активни токоизправители

Активен токоизправител (AFE)

Токоизправителят е AC към DC преобразувател. Неконтролираните токоизправители са базирани на диоди, контролираните токоизправители са базирани на тиристори или други управлявани вентилни устройства. Принципът на коригиране се основава на използването на свойствата на силовите електронни вентили да провеждат еднопосочен ток за преобразуване на променлив ток в постоянен ток без значителна загуба на енергия. Токоизправителите консумират несинусоидален ток от мрежата.

Процесът на управление на токоизправителя води до увеличаване на коефициентите на несинусоидалност както на тока, така и на напрежението.

Възникват следните проблеми:

изкривяване на формата на захранващото напрежение;
спад на напрежението в разпределителната мрежа;
резонансни явления при честоти на висши хармоници;
прихващания в телекомуникационни и контролни мрежи;
повишен акустичен шум в електромагнитно оборудване;
вибрации в електрически машинни системи;
намаляване на електрическата и механичната ефективност на товарите;
влошаване на характеристиките на прекъсвачите;
надценяване на необходимия капацитет на автономните електрически централи;
топлинни и допълнителни загуби в трансформатори и електрически машини;
отопление на кондензатори;
отопление на кабели на разпределителната мрежа.

За отстраняване на горните недостатъци може да се препоръча активен токоизправител (фиг. 1).

Такива токоизправители са оборудвани с напълно контролирани вентили с обратни диоди. С помощта на широчинно-импулсна модулация се реализират режимите на принудително формиране на мрежовия ток. Текущата форма на вълната се доближава до синусоидална с регулируема начална фаза, която осигурява желания резултат (текуща форма на вълната и коеф.мощност). С помощта на корекция на фактора на мощността е възможно не само да се организира консумираният ток на мрежата, който съвпада по форма и фаза с напрежението, но и да се осигури определено ниво на постоянно напрежение на кондензатора. В допълнение, в електрическото задвижване, поради връзката на инвертора-токоизправител с захранващата мрежа, е възможно да се обърне възстановяването на енергията, получено, когато задвижването работи в режим на генератор.

Двузвездните честотни преобразуватели с междинна връзка за постоянен ток, а от тях и преобразувателите с автономни инвертори на напрежение, са получили най-масовото практическо приложение в системите за управлявани променливотокови електрически задвижвания.

Някои въпроси, свързани с енергоспестяването, качеството на консумацията на енергия и електромагнитната съвместимост на преобразувателите не са напълно разработени за този преобразувател. При използване на пасивен токоизправител, състоящ се от диоден мост и филтърен кондензатор, въпреки малката пулсация на изправеното изходно напрежение на входа, получаваме несинусоидален ток с големи пикови стойности. Това значително намалява фактора на мощността на системата, причинявайки значителни радиосмущения. Възможно е да се подобри формата на тока чрез въвеждане на допълнителни пасивни елементи във веригата. Но това води до увеличаване на теглото и размера на устройството, тъй като реактивните компоненти в този случай работят при относително ниски честоти. В допълнение, токоизправителят предполага поток на енергия само в една посока от мрежата към товара. Проблемът с пренапрежението в DC връзката, който възниква при спиране на задвижването (особено при висока мощност) в този тип преобразувател, трябва да бъде решен с помощта на спирачен резистор с много висока мощност, просто разсейвайки освободената енергия в топлина (фиг. 2).

На фиг.3представени са начини за управление на енергията при работа на честотно електрозадвижване.

Използването на токоизправители с принудително превключване в DC връзката спомага за подобряване на работата на честотните преобразуватели. Фигура 4 илюстрира структурата на силовите вериги на двузвезден инвертор с токоизправител на активно напрежение. В силовата верига са свързани последователно активен токоизправител (AVR), филтър Ф и автономен инвертор на напрежение AVI. Силовите полупроводникови превключващи елементи на токоизправителя и инвертора, които имат пълна управляемост и двупосочна проводимост на тока, условно са показани под формата на ключове. Токоизправителят ABH, направен по трифазна мостова схема, преобразува напрежението на захранващата мрежа за променлив ток в стабилизирано постоянно напрежение Ud върху филтърния кондензатор. Трифазният мост AVI работи в режим на широчинно-импулсна модулация (PWM) и преобразува това постоянно напрежение в променливо напрежение на изхода с необходимата честота и амплитуда на основния хармоник. Това осигурява благоприятна форма на тока на двигателя и равномерност на неговото въртене в широк диапазон от скорости.

токоизправител и автономен инвертор на напрежение

Активният токоизправител е направен по схема, която е напълно идентична с инверторната и по същество е инвертиран AVI, също работещ в режим PWM. Точно като самостоятелен инвертор, активният токоизправител инвертира директното напрежение на филтриращия кондензатор Ud в импулсно напрежение на своите AC клеми A, B и C. Тези клеми са свързани към електрическата мрежа чрез BR буферни реактори. За разлика от регулируемата работна (полезна) честота на напрежението на AC клеми AIN A1, B1 и C1, работната честота на напрежението на AC клеми АВНпостоянна и равна на честотата на мрежата. Разликата между моментните стойности на синусоидалното напрежение на мрежовото захранване и импулсното напрежение на променливотоковите клеми АВН се възприемат от буферните реактори BR, които са неразделни елементи на системата, индуктивността осигурява повишена работа на преобразувателя. Благодарение на използването на ШИМ режим, импулсното напрежение, генерирано от активния токоизправител от страната на променлив ток, има благоприятен хармоничен състав, при който основният (полезен) хармоник и висшите хармоници се различават значително по честота. Това създава благоприятни условия за филтриране на висшите хармоници на тока, консумиран от захранващата мрежа от буферни реактори. Така се решава проблемът с потреблението на почти синусоидален ток от мрежата. Фазовият ъгъл на консумирания ток зависи от съотношението на амплитудите и фазовите ъгли на приложените към реакторите напрежения от страната на мрежата и от страната на активния токоизправител, както и от параметрите (индуктивност и активно съпротивление) на реактора. Чрез промяна на параметрите на основния хармоник на неговото променливо напрежение на клеми A1, B1 и C1 с помощта на системата за управление AVN е възможно да се осигури потреблението на необходимия ток от мрежата с даден фазов ъгъл. С други думи, възможно е да се осигури работата на честотен преобразувател с дадена стойност на фактора на мощността, например равна на единица, или „изпреварващ” или „изоставащ” фактор на мощността Като преобразувател на DC към AC енергия, автономният инвертор има изключително ценно свойство - възможността за двупосочен обмен на енергия между DC и AC мрежи. Това свойство се запазва и в инверсната схема за включване на автономен инвертор като активен токоизправител. В резултат на това се получава IF с две връзкиактивният токоизправител осигурява двупосочен обмен на енергия между захранващата мрежа и електрическия двигател, включително режими на възстановяване на енергията към захранващата мрежа. Благодарение на това е възможно изграждането на енергоспестяващи електрически задвижващи системи в различни области на приложение с високо качество на потреблението на електроенергия (фиг. 5).

Делта Електроникс предлага рекуперационния модул AFE 2000 на вътрешния пазар с причина. В момента за много предприятия увеличението на тарифите за електроенергия става значително, което води до увеличаване на цената на крайния продукт, необходимостта от подобряване на качеството на индустриалната мрежа. Беше взето и законодателно решение относно мерките за икономия на електроенергия и енергоспестяване. Elpron предлага монтаж на активни топлообменници до ключ, т.е. от проучване и предпроектни проучвания до монтаж на място.