Image224 (2)

Podstawy

Energoelektronika od podstaw

Przekształtniki energoelektroniczne złożone

cześć 4

Zgodnie z zapowiedzią z poprzedniego artykułu zapoznamy się z podstawowymi strukturami układów przekształtników złożonych. Dotychczas w naszych rozważaniach zajmowaliśmy się przekształtnikami prostymi. Charakteryzowały się one stosunkowo prostą budową i zasadą działania. Typowym tego przykładem jest prostownik l-pulsowy. Nieco bardziej skomplikowany okazał słę już mostek 3-fazowy. Dziś naszym celem jest poznanie budowy prostowników złożonych, ich zasady działania, podstawowych właściwości i zastosowania.

Na początek króciutko przypomnijmy podstawowe właściwości układów prostych. Schematy najbardziej popularnych układów prostych tj. l-pulsowego i mostka 3-fazowego przedstawia rysunek 1.

Otóż układy przekształtnikowe proste mogą pracować jako prostowniki i falowniki, ale przy zachowaniu przepływu prądu obciążenia tylko w' jednym kierunku.

W praktyce oznacza to na przykład, że silniki elektryczne zasilanego z takiego układu nie mają możliwości pracy w obu kierunkach wirowania. Poza tym wspomniane układy proste charakteryzują się gorszymi warunkami pracy odbiornika, tzn. stopień „wygładzenia" napięcia wyprostowanego zasilającego odbiornik jest gorszy niż dla układów złożonych. W elektronice, w układach małej mocy, do wygładzania napięcia stosuje się powszechnie kondensatory filtrujące, ale w energetyce z uwagi na ogromne moce oraz wymagane napięcia i prądy, stosowanie kondensatorów o ogromnych pojemnościach i napięciach pracy jest nieuzasadnione ekonomicznie, a czasem wręcz niemożliwe - do uzyskania napięcia stałego o małych tętnieniach trzeba i warto stosować inne sprytne sposoby, jak właśnie omawiane prostowniki wielopulsowe. Oczywiście w energoelektronice baterie kondensatorów znajdują zastosowanie, jednak głównie jako jeden ze sposobów kompensacji negatywnego oddziaływania przekształtnika na sieć energetyczną. Metody kompensacji omówimy sobie w niedalekiej przyszłości, a teraz powróćmy do przekształtników złożonych.

Podkreślmy, że układy proste wywierają bardziej negatywny wpływ na sieć zasilającą głównie poprzez większe odkształcenie prądu, które jak wiadomo jest niepożądane ze względu na zwiększenie strat energii podczas przesyłu.

Układy złożone pozbawione są wady związanej z jednokierunkowym przepływem prądu obciążenia, a niektóre z nich pozwalają sterować pracą silnika elektrycznego w obu jego kierunkach wirowania Polepszają warunki pracy odbiornika dzięki mniejszej pulsacji napięcia wyprostowanego. Dodatkowo układy złożone bardziej niż układy proste ograniczają odkształcenie prądu pobieranego z sieci elektrycznej.

Mimo wszystko elektronik, przyzwyczajony do prostowników mostkowych, kondensatorów filtrujących, różnych stabilizatorów i regulatorów może się dziwić, dlaczego stosuje się takie dziwne przekształtniki złożone. Otóż istotnie, przy małych mocach możliwe są inne, najprościej mówiąc, „elektroniczne” sposoby sterowania. Niestety takie sposoby okazują się nieekonomiczne albo wręcz niemożliwe do realizacji przy obciążeniu o dużej i bardzo dużej mocy. Opisywane układy zło żonę są wykorzystywane wszędzie tam, gdzie potrzebne jest uzyskiwanie dużych i bardzo dużych mocy przekształtnika, do napędów elektrycznych, gdzie wymagana jest np. płynna zmiana kierunku wirowania silnika, w napędach wielosilnikowych (np. do maszyn papierniczych), w napędach nienawrotnych dużej mocy, do zasilania silników synchro nicznych (tutaj wykorzystuje się przekształtniki złożone z obwodem pośredniczącym prąciu stałego) oraz do zasilania maszyn asynchronicznych.

Polepszenie właściwości energetycznych układów złożonych, w tym zmniejszenie pul sacji uzyskiwanego napięcia stałego, uzyskuje się poprzez przesunięcie napięć fazowych zasilających oba układy składowe o kąt: 8=2n/n*p, gdzie - n - oznacza liczbę układów składowych a - p - liczbę pulsów jednego układu składowego. Dzięki temu uzyskuje się zwielokrotnienie liczby pulsów układu złożonego, która jest iloczynem „n” i „p”. Wzór może straszyć, ale w praktyce sprawa jest prosta: przesunięcie fazowych napięć składowych realizuje się głównie poprzez odpowiednie połączenie uzwojeń wtórnych trans formatorów zasilających oba mostki składowe układu złożonego. Zgodnie z powyższą zależnością dla mostka złożonego z dwóch mostków składowych kąt 8 wynosi 60°. Aby napięcia fazowe przesunąć względem siebie o taki kąt, wystarczy jedno z uzwojeń wtórnych połączyć w trójkąt, a drugie w gwiazdę. Przy takim zasilaniu mostka złożonego uzyskuje się także podwojenie wartości średniej napięcia wyjściowego.

Lepsze wygładzenie napięcia wyjściowego mostka złożonego w stosunku do napięć wyjściowych mostków prostych przedstawia rysunek 2. Jak widać, najgorszy okazuje się prostownik l-pulsowy, gdzie praktycznie nie można mówić o jakimkolwiek wygładzeniu

Rys. 2 Wygładzenie napięcia mostka złożonego i mostków prostych

Elektronika dla Wszystkich Grudzień 2006 59