Анализ энергетических характеристик активного четырехквадрантного выпрямителя с различными типами широтно-импульсной модуляции

Abstract

Активные четырехквадрантные выпрямители с коррекцией коэффициента мощности обладают рядом преимуществ по сравнению диодными и тиристорными выпрямителями, они позволяют реализовать коэффициент мощности близкий к единице, форму входных токов близкую к синусоиде, а также двунаправленную передачу энергии. Важнейшей составляющей преобразователя является его система управления. Именно от типа реализованной системы управления активного выпрямителя зависят показатели качества электроэнергии, уровень эмиссии высших гармоник, частота коммутации силовых ключей, тепловые режимы, коэффициент полезного действия. Наибольшее распространение нашли системы управления, основанные на гистерезисной модуляции и ШИМ. Существенным недостатком гистерезисных систем управления является высокая, переменная во времени и неизвестная на стадии проектирования частота коммутации, что обуславливает преимущество систем управления с ШИМ. В статье представлен сравнительный анализ энергетических показателей активного четырехквадрантного выпрямителя с двусторонней широтно-импульсной модуляцией. Данный тип модуляции обладает рядом преимуществ, в сравнении с одноканальной синусоидальной ШИМ-модуляцией, а именно кратное увеличение частоты коммутации входного тока относительно частоты опорного сигнала ШИМ, что обуславливает снижение уровня эмиссии высших гармоник и снижение общего коэффициента гармонических искажений входного тока, снижение динамических потерь в IGBT ключей и повышение КПД преобразователя.

Four quadrant active rectifiers with power factor correction have several advantages in comparison with diode and thyristor rectifier. They implement unity power factor, sinusoidal input current as well as bidirectional power transmission. An important component is the active rectifier control system. The majority of existing control systems are based on hysteresis modulation and pulse-width modulation. A significant drawback of hysteresis modulation is a high and variable switching frequency. The article presents the control systems of the active four quadrant rectifier based on different types of pulse-width modulation. This type of modulation has several advantages in comparison with a hysteresis modulation: setting and adjustment of the switching frequency, which leads to reduction of dynamic losses in IGBT keys and increasing of converter efficiency.