Активные выпрямители с принудительным формированием кривой тока, потребляемого из питающей сети (стр. 1 из 5)
Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Южно-Уральский государственный университет»
Факультет «Энергетический»
Кафедра «СЭС»
АКТИВНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ФОРМИРОВАНИЕМ КРИВОЙ ТОКА, ПОТРЕБЛЯЕМОГО ИЗ ПИТАЮЩЕЙ СЕТИ
РЕФЕРАТ
по дисциплине «СЭС на основе СПТ»
Проверил
Ю.И. Хохлов
______________________2010 г.
Автор работы
студент группы Э-527
Д.В. Мелентьев
____________________2010 г.
Реферат защищен
с оценкой (прописью, цифрой)
___________________________
_____________________2010 г.
Челябинск 2010
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................................... 2
1 ПРОБЛЕМЫ КАЧЕСТВА ЭНЕРГИИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ 4
2. ВЫПРЯМИТЕЛЬ С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ФОРМИРОВАНИЕМ КРИВОЙ ТОКА, ПОТРЕБЛЯЕМОГО ИЗ ПИТАЮЩЕЙ СЕТИ.......................................................................... 5
2.1 ОДНОФАЗНАЯ ПОЛУМОСТОАВЯ СХЕМА АКТИВНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ........ 6
2.2 ТРЕХФАЗНЫЙ АКТИВНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ2.3МОДНОФАЗНЫЙ ККМ ......................................................................................................................................................... 1
2.4 "VIENNA" - ВЫПРЯМИТЕЛЬ .........................................................................................
3 СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЕ АКТИВНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
3.1 ЭЛЕКТРОПРИВОД ............................................................................................................. 3
3.2 СВАРОЧНЫЕ ИНВЕРТОРЫ С КОРРЕКЦИЕЙ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ . 4
4 КРАТКИЙ ОБЗОР ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ АВ ....................................................................... 5
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................................................. 6
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК............................................................................. 1
ВВЕДЕНИЕ
Основой силовой электронных устройств являются нелинейные элементы – электронные ключи. Периодическая коммутация ключей в преобразователях электроэнергии приводит к искажению потребляемого из сети тока. В свою очередь искажение тока вызывает искажение напряжения сети. В результате увеличиваются потери мощности, сокращается срок службы электротехнических изделий, происходят сбои в их работе и т.п. Также существует проблема потребления преобразователями из сети реактивной мощности, что приводит к значительным отклонениям и колебаниям напряжения в питающей сети. Одной из основных задач силовой электроники является обеспечение электромагнитной совместимости сетевых преобразователей с питающей сетью переменного тока.
Требования международных стандартов IEC 61000-3, IEEE 519, EN 61000-3-2 жестко регламентируют уровень гармонических составляющих тока, потребляемого электротехническим устройством, вплоть до 49 гармоники. Отечественный ГОСТ Р 51317.3.2-99 (МЭК 61000-3-2-95) ограничивается гармониками до 40-й.
Одним из координальных направлений снижения гармонического воздействия преобразователей на питающую сеть и нагрузку является переход к повышенной фазности преобразователя одновременно решает вопрос о более эффективном использовании преобразовательного трансформатора выпрямителя. С целью снижения потребляемой реактивной мощности целесообразно применение преобразователей с опережающей искусственной коммутацией вентилей (компенсированных преобразователей). С этой же целью и с целью улучшения спектров токов и напряжений могут быть использованы комбинированные способы регулирования выпрямленного напряжения. Проблема снижения потребления реактивной мощности и нормализации качественных показателей электрической энергии может решаться и с применением внешних для преобразователей корректирующих устройств – пассивных и активных фильтров. В ряде случаев отмеченные проблемы решаются активного выпрямителя или корректора коэффициента мощности. В англоязычной литературе используется обобщенный термин преобразователь переменного/постоянного тока соответствующий терминологии стандарта МЭК 60050-551 (AC/DC Converter). Так же часто встречается activefrontend(AFE) или Activerectifier.
В данном реферате рассмотрены принципы действия такого выпрямителя, различные схемные решения и их сравнение, некоторые области его применения а также краткий обзор производителей, предлагающих АВ в качестве преобразователя переменного тока в постоянный.
1 ПРОБЛЕМЫ КАЧЕСТВА ЭНЕРГИИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ
Выпрямитель – это преобразователь переменного напряжения в постоянное. Неуправляемые выпрямители выполняются на базе диодов, управляемые – на базе тиристоров или других управляемых вентильных приборов. Принцип выпрямления основан на использовании свойств силовых электронных вентилей проводить однонаправленный ток для преобразования переменного тока в постоянный без существенных потерь энергии. Процессы при выпрямлении определяются:
· Видом вентильного прибора и способом его управления
· Характером нагрузки на стороне постоянного тока
· Техническими характеристиками источника энергии переменного тока.
Выпрямители потребляют из сети несинусоидальный ток(см рис)
Особенно заметно влияние высших гармоник на напряжение сети при соизмеримости мощностей источника переменного тока и выпрямителя.
| а | б |
Рисунок 1. а - Форма входного тока и напряжения и б-спектр сигнала входного тока преобразователя с диодным выпрямителем
В трехфазных сетях статические преобразователи генерируют последовательность токовых гармоник 5, 7, 11, 13, 17, 19 и более высокое нечетное множество относительно 50Гц фундаментальной частоты питающего напряжения. С увеличением номера гармоники, т.е. с ростом частоты, внутреннее индуктивное сопротивление питающей сети пропорционально возрастает и, как следствие, увеличиваются падения напряжения на этом сопротивлении от протекания высших гармоник тока. Этими же гармониками определяется и искажение кривой напряжения в точке подключения СНВ. С ростом тока нагрузки увеличивается коэффициент несинусоидальности напряжения. Процесс управления выпрямителем приводит к повышению коэффициентов несинусоидальности как тока, так и напряжения. Эффекты, вызываемые высшими гармониками тока могут быть разделены мгновенного и длительного возникновения.
Проблемы мгновенного возникновения включают:
· искажение формы питающего напряжения;
· падение напряжения в распределительной сети;
· резонансные явления на частотах высших гармоник;
· наводки в телекоммуникационных и управляющих сетях;
· повышенный акустический шум в электромагнитном оборудовании;
· вибрация в электромашинных системах.
· снижению электрического и механического КПД нагрузок,
· ухудшению характеристик защитных автоматов
· завышению требуемой мощности автономных электроэнергетических установок
Проблемы длительного возникновения включают:
· нагрев и дополнительные потери в трансформаторах и электрических машинах;
· нагрев конденсаторов ;
· нагрев кабелей распределительной сети.
В настоящее время во многих странах действуют стандарты, определяющие допустимое искажение тока в зависимости от соотношения мощностей источника и потребителе. Это соотношение характеризуется коэффициентом короткого замыкания Кк,
Кк =Ik/ Iнmax,
где Ik - действующее значение тока короткого замыкания шин потребителя; Iнmax - действующее значение наибольшего потребляемого тока.
Коэффициент определяется в точке соединения шин и потребителя. Например, в стандарте IEEE 519 (Instituteofelectricalandelectronicsengineers - Институт электротехники и электроники) указывается, что ответственность за искажение тока несет потребитель, а за искажение напряжения — поставщик электроэнергии. Взаимоотношения между ними регулируются соглашениями а тарифами оплаты электроэнергии. Международные стандарты IEC 1000-3-2 и IEEE 519-1992 допускают определенный уровень гармоник тока определяемый на основе коэффициента короткого замыкания источника. При коэффициенте 20 или менее нормой допускается только 5% общих токовых гармонических искажений.
В нашей стране согласно ГОСТ 13109-97 несинусоидальность напряжения характеризуется коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения
и коэффициентом n-й гармонической составляющей напряжения 
Таблица 1 Значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения, в процентах
| Нормально допустимое значение | Предельно допустимое значение | ||||||
| при Uном , кВ | при Uном , кВ | ||||||
| 0,38 | 6-20 | 35 | 110 - 330 | 0,38 | 6-20 | 35 | 110 - 330 |
| 8,0 | 5,0 | 4,0 | 2,0 | 12,0 | 8,0 | 6,0 | 3,0 |
При увеличении глубины регулирования выпрямленного напряжения происходит потребление выпрямителем из питающей сети реактивной мощности, резко возрастающее при увеличении Соответственно, резко возрастает и коэффициент реактивной мощности. Наибольшее потребление реактивной мощности на практике имеет место на шины электростанции (система бесконечной мощности). Реактивная мощность в этой точке складывается из реактивных мощностей, потребляемых как самого выпрямителя, так и внутренним сопротивлением питающей сети. Нормируемые энергоснабжающими организациями величины потребляемой реактивной мощности, как правило, соответствуют значениям
. Резкое возрастание 
и соответственно реактивной мощности преобразователя в процессе управления приводит к значительным отклонениям и колебаниям напряжения в питающей сети.