DOI: https://doi.org/10.15407/publishing2018.51.088

УДК 621.314.6

ЗНИЖЕННЯ ДИНАМІЧНИХ ВТРАТ В АКТИВНОМУ ОДНОФАЗНОМУ ЧОТИРИКВАДРАНТНОМУ ПЕРЕТВОРЮВАЧІ З ПОКРАЩЕНИМ АЛГОРИТМОМ ГІСТЕРЕЗИСНОЇ МОДУЛЯЦІЇ

О.А. Плахтій*, канд. техн. наук, В.П. Нерубацький**, канд. техн. наук, Д.Л. Сушко***, канд. техн. наук, В.Е. Кавун****, асп.
Український державний університет залізничного транспорту,
пл. Фейєрбаха, 7, м. Харків, 61000, Україна,
е-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів, Вам потрібно включити JavaScript для перегляду , Ця електронна адреса захищена від спам-ботів, Вам потрібно включити JavaScript для перегляду , Ця електронна адреса захищена від спам-ботів, Вам потрібно включити JavaScript для перегляду , Ця електронна адреса захищена від спам-ботів, Вам потрібно включити JavaScript для перегляду
* ORCID ID : http://orcid.org/0000-0002-1535-8991
** ORCID ID : http://orcid.org/0000-0002-4309-601X
*** ORCID ID : http://orcid.org/0000-0002-9747-3263
**** ORCID ID : http://orcid.org/0000-0002-9411-5567

Існуючі діоди та тиристорні випрямлячі, які застосовуються в тягових приводах електрорухомого складу змінного струму, є морально застарілими та вимагають модернізації. На сьогодні перспективним є застосування активних чотириквадрантних випрямлячів напруги, перевагою яких є можливість реалізації коефіцієнта потужності, близького до одиниці, можливість формування вхідного струму, наближеного до синусоїди, а також реалізація режиму рекуперації енергії до живильної мережі. Досить широкого поширення набули гістерезисні системи керування (СК) цих перетворювачів. Проте недоліком гістерезисної модуляції в активних випрямлячах є необхідність реалізації змінної і досить високої частоти комутації в силових ключах: від одиниць до десятків кілогерц. У статті запропонована покращена гістерезисна СК, яка завдяки удосконаленому алгоритму комутації силових ключів дає змогу в порівнянні з відомими гістерезисними СК знизити динамічні втрати до 33%. Отримані теоретичні положення співпадають з результатами імітаційного моделювання, виконаного в середовищі Matlab. Бібл. 16, рис. 6, табл. 3.
Ключові слова: активний чотириквадрантний перетворювач, 4QS-перетворювач, гістерезисна модуляція, динамічні втрати, якість електроенергії.

СНИЖЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В АКТИВНОМ ОДНОФАЗНОМ ЧЕТЫРЕХКВАДРАНТНОМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ С УЛУЧШЕННЫМ АЛГОРИТМОМ ГИСТЕРЕЗИСНОЙ МОДУЛЯЦИИ

А.А. Плахтий, канд. техн. наук, В.П. Нерубацкий, канд. техн. наук, Д.Л. Сушко, канд. техн. наук, В.Е. Кавун, асп.
Украинский государственный университет железнодорожного транспорта,
пл. Фейербаха, 7, Харьков, 61000, Украина

В составе тяговых электроприводов все шире применяются активные четырехквадрантные преобразователи, преимуществом которых является возможность реализации коэффициента мощности, близкого к единице, формирования входного тока, близкого к синусоиде, а также реализации режима рекуперации энергии в питающую сеть. Достаточно широко распространены гистерезисные системы управления (СУ) активных четырехквадрантных преобразователей, недостатком которых является необходимость реализации достаточно высокой и переменной частоты коммутации силовых ключей: от единицы до десятков килогерц. В статье предложена улучшенная гистерезисная СУ, которая позволяет в сравнении с известными гистерезисными СУ снизить динамические потери в силовых ключах до 33 %. Предложенные теоретические положения подтверждены результатами имитационного моделирования, выполненного в среде Matlab. Библ. 16, рис. 6, табл. 3.
Ключевые слова: активный четырехквадрантный преобразователь, гистерезисная модуляция, динамические потери, качество электроэнергии.

Література
1. Евдокимов С.А., Мятеж С.В., Зотова Е.В. Исследование зонного выпрямителя. Сборник научных трудов Новосибирского государственного технического университета. Новосибирск. 2011. №. 1. С. 105–112.
2. Евстафьев А.М., Сычугов А.Н. Повышение энергетической эффективности электровозов переменного тока. Известия Петербургского университета путей сообщения. 2013. №. 1. С. 22–30.
3. Широченко Ю.Н. Входные преобразователи современного электроподвижного состава переменного тока. Электроника и электрооборудование транспорта. Московская обл. 2010. № 1. С. 15–18.
4. Кулинич Ю.М., Савоськин А.Н. Повышение эффективности работы активного компенсатора реактивной мощности. Электроника и электрооборудование транспорта, 2010. № 3. С. 29–33.
5. Stihi O., Ooi B. T. A single phase controlled-current PWM rectifier. IEEE Trans. Power Electr. Vol. 3, No.4, Oct 1988. P. 453–459. DOI: https://doi.org/10.1109/63.17967
6. L'ubomir Grman, Martin Hrasko, Jozef Kuchta, Jozef Buday. Single phase pwm rectifier in traction application. Journal of electrical engineering. 2011. Vol. 62, no. 4. P. 206–212. DOI: https://doi.org/10.2478/v10187-011-0033-z
7. Щербак Я.В., Плахтий А.А., Цеховской М.В. Улучшение электромагнитной совместимости преобразователей частоты путем применения активных выпрямителей. Електротехнічні та комп’ютерні системи. Київ: Техніка. 2014. № 15. С. 344–347.
8. Щербак Я.В., Плахтий А.А.. Нерубацький В.П. Регулювальні характеристики активного чотириквадрантного перетворювача в режимах випрямлення і рекуперації. Технічна електродинаміка. 2017. № 6. С. 26–31.
9. Щербак Я.В., Плахтий А.А., Нерубацкий В.П. Анализ энергетических характеристик активного четырехквадрантного выпрямителя с различными типами широтно-импульсной модуляции. Вісник Національного технічного університету. Харківський політехнічний інститут. 2017. Вип. 27. С. 221–225.
10. Rodriguez J. R., Dixon J. W., Espinoza J. R., Pontt J., and Lezana P.. PWM regenerative rectifiers: State of the art. IEEE Trans. Ind. Electron. 2005. Vol. 52, No. 1. P. 5–22. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2004.841149
11. Fen Li, Yunping Zou, Wei Chen, Jie Zhang. Comparison of Current Control Techniques for Single-phase Voltage source PWM Rectifiers. IEEE International Conference on Industrial Technology (ICIT). April 2008. P. 1–4. DOI: https://doi.org/10.1109/5.771073
12. Arpit Bohra, Divya Sajeesh, Chintan Patel and Michael Saldanha. Modulation Techniques in Single Phase PWM Rectifier. IJCA Proceedings on International Conference on Advances in Science and Technology, (ICAST). 2016. P. 5–7.
13. Zheng Jun, Feng Xiaoyun, Xie Wangyu, Zhang Junling. The Transient Current Control for Single Phase PWM Rectifiers. Power Electronics. 2009. Vol. 43, No. 12. P. 2–4.
14. Жемеров Г.Г., Ковальчук О.И. Автономный выпрямитель – источник напряжения с гистерезисной системой управления. Технічна електродинаміка: Тематичний випуск. Силова електроніка та енергоефективність. 2011. Ч. 2. С. 75–82.
15. Жемеров Г.Г., Колесник Ю.В. Частота модуляции сетевого тока в активном управляемом выпрямителе – источнике напряжения с гистерезисной системой. Технічна електродинаміка. Тематичний вип. 2008. Ч. 3, С. 79–84.
16. Замаруев В.В., Ивахно В.В. Определение динамических потерь в полупроводниковых ключах устройств силовой электроники в среде MATLAB/Simulink. Проектирование инженерных и научных приложений в среде MATLAB: материалы V Международной научной конференции. Харьков, 2011. C. 623–631. URL: https://matlab.ru/upload/resources/EDU%20Conf/pp%20623-631%20Zamaruiev.pdf (дата обращения 13.04.2018).

Надійшла 16.04.2018

PDF