Підвищення коефіцієнта потужності перетворювачів та частотних електроприводів

Abstract

У кваліфікаційної роботи проведено комплексний аналіз проблеми зниження якості електроенергії в сучасних мережах та виконано порівняльну оцінку методів підвищення енергетичної ефективності напівпровідникових перетворювачів. Показано, що імпульсне споживання струму діодними випрямлячами з ємнісними фільтрами генерує вищі гармоніки (особливо 3-ю, 5-ту та 7-му), спотворює форму напруги мережі й суттєво збільшує теплові втрати. Здійснено аналіз та класифікацію існуючих схемотехнічних рішень: багатофазних систем випрямлення, пасивних резонансних фільтрів, схем зі штучною комутацією тиристорів та активних ККП. Доведено, що класичні пасивні методи та багатофазні трансформатори є громіздкими, чутливими до коливань частоти та неефективними в динамічних режимах роботи. Натомість показано, що активні коректори на базі MOSFET/IGBT-ключів забезпечують найвищу якість вхідного струму, стабілізацію вихідної напруги та ККД на рівні 0,92–0,98. За результатами порівняння обґрунтовано та прийнято до розробки структуру активного ККП на основі підвищувального перетворювача як оптимального рішення для систем частотно-регульованого асинхронного електроприводу.

In the bachelor's qualification work presents a comprehensive analysis of the problem of power quality degradation in modern power grids and provides a comparative evaluation of methods for improving the energy efficiency of semiconductor converters. It is shown that the pulsed current consumption by diode rectifiers with capacitive filters generates higher harmonics (especially the 3rd, 5th, and 7th), distorts the grid voltage waveform, and significantly increases thermal losses. An analysis and classification of existing circuit solutions have been performed: multiphase rectification systems, passive resonant filters, circuits with artificial thyristor switching, and active PFCs. It has been proven that classical passive methods and multiphase transformers are bulky, sensitive to frequency fluctuations, and inefficient in dynamic operating modes. In contrast, it is shown that active correctors based on MOSFET/IGBT switches provide the highest input current quality, output voltage stabilization, and an efficiency of 0.92–0.98. Based on the comparison results, the structure of an active PFC based on a step-up converter was justified and adopted for development as the optimal solution for frequency-controlled asynchronous electric drive systems.