Використання в перетворювачах частоти активних випрямлячів дозволяє забезпечити:

рекуперацію енергії в живильну мережу;

роботу випрямлячів при практично синусоїдальних струмах мережі;

роботу із заданим коефіцієнтом потужності мережі, наприклад рівним 1;

регулювання випрямленої напруги з метою оптимізації режимів роботи.

Одне з застосувань перетворювачів частоти з активними випрямлячами – електроприводи, в яких потрібно рекуперація енергії в живильну електромережу. До таких систем відносяться, наприклад, тягові приводи [29]. Інше можливе застосування – автономні установки, в яких джерелами електроенергії є асинхронні генератори [38]. Через розглянуті перетворювачі може також забезпечуватися зв’язок електромереж з різними частотами та ін

Схема з перетворювачем частоти з дворівневим активним випрямлячем і дворівневим автономним інвертором напруги зображена на рис. 8.1.

Рис. 8.1 Схема перетворювача частоти з активним випрямлячем і дворівневим транзисторним інвертором

У розглянутій схемі трифазний джерело живлення містить трифазну систему ЕРС esn (Номер фази п = 1, 2, 3) і індуктивності ls. Трифазний джерело має фазні напруги usn і фазні струми isn. Лінійні напруги джерела usi2, uS23 і і8зь Оскільки при виконанні розрахунків заданим параметром є звичайно чинне напруга мережі Us, У схемі зображено також пропорційно-інтегральний регулятор чинного напруги. На вхід цього регулятора надходять сигнали по миттєвим значенням напруг мережі. На виході регулятора формується амплітуда фазних ЕРС мережі живлення Esm.

Між трифазним джерелом і транзисторним випрямним мостом включений трифазний дросель з індуктивностями фаз 1др і активними опорами фаз гдр. В транзисторному випрямлячі струми в плечах ivn (Номер плеча моста п = 1, 2, … 6), uvn – Фазні напруги, ігс – Випрямлена напруга (напруга конденсаторного фільтра), idv – Випрямлений струм. У ланцюзі випрямленої напруги с, rc, ic – Ємність, активний опір і струм конденсаторного фільтра, rz і iz – Активний опір і струм ланцюга захисту від перенапруг, – випрямлений струм інвертора, im – Струми в плечах інвертора, un – Напруги фаз інвертора, in – Струми фаз інвертора та навантаження, гн, 1н – Активні опори й індуктивності фаз навантаження.

У випрямлячі стану ключових елементів в плечах моста описуються функціями kvn (П = 1, 2, 3), в инвертор – функціями km (П = 1, 2, 3). Зазначені функції рівні 1, якщо відкрито верхнє плече моста, і рівні 0, якщо відкрито нижнє плече.

У схемі рис. 8.1 зображена також система управління перетворювача частоти. На вхід системи управління надходять сигнали по напруженням живильної мережі usn, По струмам фаз мережі живлення isn, По випрямленій напрузі ігс, По струмам фаз навантаження in. На виході системи управління формуються імпульси управління транзисторами випрямляча, інвертора, а також захисного транзистора. Система управління перетворювача частоти забезпечує вирішення перерахованих вище завдань.

При математичному описі аналізованої схеми здійснюється поділ її на підсхеми, взаємопов’язані залежними джерелами напруги та струму. При цьому конденсатор в ланцюгу випрямленого струму замінюється залежним джерелом напруги ігс відповідно до виразами (1.1), і це джерело переноситься в інші гілки схеми, як описано в попередніх розділах. Утворені при цьому підсхеми зображені на рис. 8.2.

Рис. 8.2 Поділ схеми з активним випрямлячем і дворівневим транзисторним інвертором на підсхеми

Всі підсхеми рис. 8.2 взаємопов’язані через залежні джерела напруги та струму.

Математичний опис підсхеми з трифазним дворівневим активним випрямлячем наведено в § 3.

Опис підсхеми з трифазним дворівневим автономним інвертором напруги наведено в § 1.

Математична модель системи в цілому включає в себе зазначені моделі вентильних подсхем, опис роботи підсхеми із захисним резистором (1.9), вирази (1.1) для визначення напруги ігс, А також вираз для визначення струму в конденсаторі:

Рис. 8.3 Напруги і струми в схемі з активним випрямлячем і дворівневим інвертором Таблиця 8.1 Результати аналізу струмів і напруг рис. 8.3

Фазна напруга випрямляча, В Коефіцієнт спотворення синусоидальности

219.463

0.05369

Частоти гармонік, Гц 50 1900 2100 3950 4050

Діючі значення 219.146 3.826 3.491 4.753 4.963

Фази, гр. 177.3222 167.7736 32.6225 -131.3628 -22.0304

Фазний струм випрямляча, А Коефіцієнт спотворення синусоидальности

359.970

0.02957

Частоти гармонік, Гц 50 350 450 1900 2100 3950 4050

Діючі значення 359.812 4.637 3.088 5.021 4.077 2.792 2.870

Фази, гр. 178.5838 -6.1311 -60.2136 -100.9820 122.0164 -41.2855 68.5611

Випрямлений струм випрямляча, А

263.592

Частоти гармонік, Гц 1850 2150 4000

Діючі значення 61.092 60.087 133.296

Фази, гр. 77.6524 124.6738 -75.5776

Напруга конденсатора, В

875.473

Струм в конденсаторі, А

203.207

Частоти гармонік, Гц

1819.97

1871.97

2131.97  4003.95

Діючі значення 30.991 34.832 27.846 57.884

Фази, гр. -104.7463 54.0976 125.6186 83.9605

Випрямлений струм інве

Еторе, А

265.993

Частоти гармонік, Гц

1819.97

1871.97

2131.97

2183.97  4003.95

Діючі значення 38.551 32.019 42.557 36.490 187.412

Фази, гр. 138.9372 -50.8319 -132.2325 45.8402 -86.2572

Фазна напруга навантаження, В Коефіцієнт спотворення синусоидальности

314.251

0.7245

Частоти гармонік, Гц 51.99

3951.95

4055.95

Діючі значення 216.575 107.311 109.361

Фази, гр.

-62.2708

121.4685

Фазний струм навантаження, А Коефіцієнт спотворення

синусоидальности

457.216

0.02255

Частоти гармонік, Гц 51.99

Діючі значення 457.100

Фази, гр.

-99.9922

Пронін М.В., Воронцов А.Г., Силові повністю керовані напівпровідникові перетворювачі (моделювання і розрахунок) / Под ред. Крутякова Е.А. СПб: «Електросила», 2003. – 172 с.