4.2.3. Совершенствование полупроводниковых преобразователей

Силовые полупроводниковые приборы и преобразователи на их основе развиваются в следующих направлениях:

• улучшение характеристик силовых полупроводниковых приборов;

• расширение применения силовых «интеллектуальных» модулей;

• оптимизация схемотехнических решений и параметров преобразователей, обеспечивающих требуемые функциональные и технические характеристики;

• совершенствование алгоритмов прямого цифрового управления преобразователями.

Преобразователи электрической энергии систем электропривода выполняются в настоящее время на базе полупроводниковых силовых элементов в виде управляемых выпрямителей, автономных инверторов напряжения и тока, инверторов, ведомых сетью, и преобразователей частоты с непосредственной связью с сетью. Виды применяемых преобразователей и фильтрокомпенсирующих устройств определяются типом электродвигателя, задачами управления, мощностью, диапазоном регулирования координат, необходимостью рекуперации энергии в сеть, степенью влияния преобразователей на питающую сеть.

Учитывая возрастание требований к энергетическим характеристикам ЭМС и к их влиянию на питающую сеть, получают развитие преобразователи, обеспечивающие наиболее экономичные способы управления электроприводами. Изменения в силовых схемах преобразователей главным образом обусловлены появлением новых приборов – мощных полевых транзисторов (MOSFET), биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), запираемых тиристоров (GTO). В настоящее время можно выделить следующие тенденции развития полупроводниковых преобразователей:

• расширение границ применения полностью управляемых полупроводниковых приборов (транзисторов до 2 МВт и более, тиристоров до 10 МВт);

• распространение методов ШИМ;

• блочные принципы построения преобразователей на основе унифицированных силовых гибридных модулей, выполняемых на базе транзисторов и тиристоров;

• возможность выполнения преобразователей постоянного и переменного тока и их комбинаций на единой конструктивной основе.

В электроприводах постоянного тока, кроме управляемых выпрямителей, для получения высокого быстродействия находят применение системы с неуправляемыми выпрямителями и широтно-импульсными преобразователями. В этом случае можно обходиться без фильтрокомпенсирующего устройства.

Преобразователи, используемые для управления вентильными двигателями, содержат управляемый выпрямитель, аналогичный выпрямителю привода постоянного тока, и автономный инвертор, управляемый по сигналам, поступающим от датчика положения ротора.

В системах частотного управления асинхронными двигателями наибольшее распространение получили инверторы напряжения. В этом случае, если отсутствует необходимость рекуперации энергии в сеть, возможно применение неуправляемого выпрямителя, что приводит к наиболее простой и экономичной схеме преобразователя.

Преобразователи с инверторами тока, считавшиеся до недавнего времени наиболее простыми и удобными для управления асинхронными двигателями, имеют в настоящее время ограниченное применение по сравнению с другими видами преобразователей.

Преобразователи частоты, содержащие неуправляемый выпрямитель и ведомый сетью инвертор, составляют основу асинхронно-вентильных каскадов, находят применение в приводах большой мощности при ограниченном диапазоне регулирования скорости.

Определённую перспективу имеют мощные преобразователи частоты с непосредственной связью в машинах двойного питания и при управлении низкоскоростными асинхронными или синхронными двигателями.

Современные полупроводниковые преобразователи, используемые в системах автоматизированного электропривода, имеют мощности от сотен ватт до нескольких десятков мегаватт.