Матричная структура преобразователя

Матричная структура обеспечивает преобразование параметров источника переменного тока (амплитуды и частоты) в напряжение, необходимое для питания нагрузки, без накопления энергии в промежуточном звене постоянного тока [17]. Такие преобразователи относятся к системам прямой передачи энергии (ППЭ). Отсутствие больших конденсаторов звена постоянного тока, занимающих от 30 до 50% объема инвертора, позволяют создавать малогабаритные преобразователи. Более того, они могут работать в более широком диапазоне температур и иметь более долгий срок службы, так как отсутствуют электролитические конденсаторы, уязвимые при высоких температурах [19].

Рис.8 Матричная структура преобразователя.

ДК - двунаправленный ключ,

МК - матричный коммутатор,

БСРЭ - блок сброса или рекуперации энергии.

Можно считать, что прототипом матричной структуры преобразователя являлись непосредственные преобразователи частоты НПЧ на тиристорах (получившие также название преобразователей частоты с непосредственной связью) [8]. Однако применение таких преобразователей ограничивалось условием повышенной на порядок частоты первичного источника энергии переменного тока по сравнению с частотой выходного напряжения.

Современный матричный преобразователь выполняется на 9-ти двунаправленных ключах, которые способны подключать любую из трех фаз входного напряжения к любой из трех фаз нагрузки (рис.9). Каждый двунаправленный ключ ДК представляет собой два встречно включенные IGBT - транзистора, зашунтированные диодами. В настоящее время разработаны модули, содержащие три ДК в одном корпусе, рассчитанные на напряжение 600 В и ток 300 А [9]. Алгоритм коммутации ключей основывается на стратегии формирования желаемого выходного напряжения из частей периодических функций трехфазного входного напряжения. Функции управления матричной структурой реализуются с помощью DSP -микроконтроллера и программируемой логической матрицы ПЛМ.

Следует отметить, что при нагрузке индуктивного характера коммутация ключей вызывает возникновение импульсных перенапряжений. Для снижения выбросов напряжения может быть использована демпфирующая схема, состоящая из трехфазных диодных мостов, подключенных к входу и выходу преобразователя, и общей емкости. Накапливаемая при коммутации ключей энергия в емкости сбрасывается в балластный резистор или рекуперируется в сеть с помощью специального блока сброса или рекуперации энергии (БСРЭ). Для контроля напряжения на демпфирующем конденсаторе предусмотрен блок выключения преобразователя, если напряжение превысит установленное значение. Этот блок также используется для контроля работы IGBT - транзисторов и их драйверов. Защита ключей по току реализуется на программном и аппаратном уровнях. Информация о загрузке ключей поступает с быстродействующих датчиков тока, установленных в каждой входной и выходной фазах преобразователя. Входной L-C фильтр обеспечивает ЭМС преобразователя с первичным источником питания.

Матричная структура преобразователя позволяет обеспечить как повышение, так и понижение частоты выходного напряжения по отношению к частоте первичного источника. Кроме этого применение матричной структуры повышает надежность системы. При отказе одной из фаз первичного источника алгоритм управления ДК может быть адаптирован к работе с оставшимися фазами входного напряжения, обеспечивая выходное напряжение более низкого качества, но достаточного для работы электропривода.

Вопросам проектирования отказоустойчивых систем на основе матричных структур преобразователей и их исследованию в настоящее время уделяется большое внимание [15-28].

Выводы

В результате проведенного анализа можно выделить следующие основные тенденции развития современных силовых преобразователей переменного тока.

Широкое применение АФГ и ШИМ - выпрямителей для улучшения входного коэффициента мощности в системах ДПЭ и решения проблем ЭМС с сетью.

Гибридные структуры с АФГ на выходе преобразователя позволят не только обеспечить ЭМС преобразователя с нагрузкой, но и повысить энергетические показатели электропривода переменного тока. Однако такие структуры остаются на сегодняшний день мало изученными.

Матричные преобразователи особо перспективны для построения высоконадежных электроприводов с синхронным двигателем на постоянных магнитах (СДПМ), которые характеризуются лучшими энергетическими и массогабаритными показателями по сравнению с другими двигателями переменного тока. Примечательно, что матричный преобразователь мощность 30 кВт уже нашел практическое применение в СДПМ приводе [9].

Литература

Климов В.П. Источники бесперебойного питания серии ДПК средней мощности, Электрическое питание, №2, 2006.

В.Климов, А.Москалев Трехфазные источники бесперебойного питания: схемотехника и технические характеристики, Электронные компоненты, №8, 2005.

Климов В.П., Москалев А.Д. Способы подавления гармоник в системах электропитания, Практическая силовая электроника, №6, 2003.

Разработка и производство силовой электроники, Каталог продукции и применений, Корпорация Триол, 2002.

В.Климов, С.Климова Энергетические показатели источников бесперебойного питания переменного тока, Электронные компоненты, №4, 2004.

Воробьев А.Ю. Влияние ИБП на систему электроснабжения, Вестник связи, №7, 2006.

Агунов А.В. Статический компенсатор неактивных составляющих мощности с полной компенсацией гармонических составляющих тока нагрузки, Электротехника, №2, 2003.

И.М.Чиженко, В.С.Руденко, В.И.Сенько Основы преобразовательной техники, М., Высшая школа, 1974.

Харковский нацыональный университет радиоелектроники

Министерство образования Украины

Кафедра БМЕ

Контрольная робота

По предмету: «СНЕл»

На тему: «Современные направления электроники »

Харків 2011