Особливості сучасних високовольтних частотних перетворювачів

Зінченко А.О., Яценко А.П., керівник доц. Нежурін В.І.

Національна металургійна академія України

В наш час приділяється велика увага розробці і створенню високовольтних частотних перетворювачів. Величина вихідної напруги перетворювача частоти для високовольтного електропривода досягає 10 кВ і вище при потужності до кількох десятків мегават.

Для таких напруг і потужностей при прямому перетворенні частоти використовуються дорогі тиристорні силові електронні ключі зі складними схемами керування. Гранична напруга і струм електронного ключа обмежені, тому використовують спеціальні схемні рішення для збільшення вихідної напруги перетворювача.

Схемні рішення в перетворювачах частоти:

а) двухтрансформаторна схема високовольтного ПЧ.

В схемі перетворювача здійснюється подвійна трансформація напруги за допомогою високовольтних трансформаторів. Це дозволяє використовувати для регулювання частоти відносно дешеві ПЧ. Їх часто застосовують для керування високовольтними електродвигунами в діапазоні потужностей до 1 - 1.5 МВт.

Основними недоліками двухтрансформаторних перетворювачів є високі масогабаритні характеристики, знижені ККД(93 – 96%) і надійність.

б) схема перетворювача з послідовним вмиканням електронних ключів.

Для підвищення робочої напруги ПЧ електронні ключі з’єднують послідовно. В такому випадку важлива строго узгоджена робота ключів, що досягається використанням багатопульсних схем перетворювачів.

Схема найбільш розповсюджена для високовольтних перетворювачів великої потужності. ПЧ мають хороші масогабаритні показники, діапазон коливання вихідної частоти від 0 до 250-300 Гц, ККД досягає 97.5%.

в) схема перетворювача з багатообмоточним трансформатором.

Силова схема перетворювача складається з багатообмоточного трансформатора і електронних інверторних ланок. Вторинні обмотки електрично зсунуті відносно одна одної. Це дозволяє використовувати низьковольтні інверторні ланки, що виконуються по схемі: некерований трифазний випрямляч, ємнісний фільтр, однофазний інвертор на IGBT транзисторах.

Стан і перспективи розвитку силових напівпровідникових елементів регульованого електропривода

Ляшко Т.О. керівник ст. викл. Бездєнєжних М.Є.

Національна металургійна академія України

Вибір базового ключового елемента відіграє вирішальну роль у конструюванні перетворювача будь-якого типу. Перетворення електроенергії постійно має потребу в ідеальному ключі.

Ці ідеали в розробці приладів реалізуються двома шляхами: через структуру транзистора й через структуру тиристора, при цьому основною перевагою тиристора є низькі статичні втрати, а транзистора – його добра здатність до вимикання.

Ситуація в силовій електроніці кардинально змінилися із промисловим освоєнням силових тиристорів, що замикаються (GTO – Gate – turn – off). До середини 90-х років з’явилися інші напівпровідникові прилади ключового типу – потужні біполярні транзистори з ізольованим затвором (IGBT – Insulated Gate Bipolar Transistor).

Деякі розробники прагнуть зробити прилад, що поєднує кращі якості обох типів приладів, використовуючи переваги тиристора у включеному стані, сполучаючи його із транзистором, як із кращим на етапі вимикання. Останні розробки показали перевагу приладів, які вдало комбінують кращі характеристики тиристорів і транзисторів, повністю задовольняючи вимогам відтворюваності (серійної придатності) і високої надійності.

На світовому ринку представлена широка й швидко мінлива номенклатура силових напівпровідникових приладів. Розвиток якісної силової напівпровідникової техніки на транзисторах IGBT і тиристорах IGCT вирішує ряд важливих завдань підвищення енергетичної ефективності регульованого електропривода.