Підвищення енергетичних характеристик електричного рухомого складу змінного струму шляхом застосування трирівневих активних чотириквадрантних випрямлячів
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.174112Ключові слова:
трирівневий активний випрямляч, широтно-імпульсна модуляція, частота комутації, коефіцієнт потужності, енергоефективністьАнотація
З метою мінімізації реактивної потужності та вищих гармонік струмів, а також поліпшення електромагнітної сумісності мереж тягового електропостачання та систем залізничної автоматики на сучасному електричному рухомому складі змінного струму використовують активні чотириквадрантні випрямлячі. Класичною топологією даного перетворювача є дворівневий повномостовий активний випрямляч, який забезпечує коефіцієнт потужності близький до одиниці та рекуперацію енергії в мережу живлення. Однак висока частота комутації зумовлює високі динамічні втрати в силових транзисторах та низьке значення ККД.
Перспективним є використання трирівневих активних чотириквадрантних випрямлячів з корекцією коефіцієнта потужності. В роботі запропонована система керування трирівневого активного випрямляча з двоканальною рівне-зсунутою синусоїдальною ШІМ. Перевагою запропонованого алгоритму керування у порівнянні з відомими є покращення якості вхідного струму та зниження частоти комутації силових ключів, що призводить до зменшення втрат потужності та збільшення ККД випрямляча. Представлено результати порівняльного аналізу залежностей втрат потужності та ККД від частоти комутації силових ключів для дворівневого й трирівневого активного випрямляча з запропонованою системою керування, який підтвердив доцільність запропонованої системи керування. У програмі Matlab 2017b проведено імітаційне моделювання дворівневого та трирівневого активного випрямляча, на підставі якого здійснено аналіз параметрів якості електричної енергії, визначено залежність коефіцієнта гармонічних спотворення вхідного струму активного випрямляча від частоти комутації силових ключів. На підставі проведених досліджень доведена технічна та економічна доцільність використання схеми трирівневого активного випрямляча з системою керування на базі двоканальної рівне-зсунутої синусоїдальної ШІМПосилання
- Plakhtii, O., Nerubatskyi, V., Ryshchenko, I., Zinchenko, O., Tykhonravov, S., Hordiienko, D. (2019). Determining additional power losses in the electricity supply systems due to current's higher harmonics. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (8 (97)), 6–13. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.155672
- Zhezhelenko, I. V. (2010). Vysshie garmoniki v sistemah elektrosnabzheniya promyshlennyh predpriyatiy. Moscow: Energoatomizdat, 375.
- Lyutarevich, A. G., Vyrva, A. A., Dolinger, S. Yu., Osipov, D. S., Chetverik, I. N. (2009). Estimation of additional power losses due to higher harmonics in elements of power system. Omskiy nauchnyy vestnik, 1, 109–113.
- Zhezhelenko, I. V., Shidlovskiy, A. K., Pivnyak, G. G. (2012). Elektromagnitnaya sovmestimost' potrebiteley. Moscow: Mashinostroenie, 351.
- Bader, M. P. (2014). The analysis and the synthesis of the electromagnetic compatibility of the traction power supply system and infrastructure in the districts with the high-speed traffic. Elektryfikatsiya transportu, 7, 78–83.
- Nerubatskyi, V. P., Plakhtiy, A. A., Gladka, A. V. (2018). EMC improvment research of three-phase active rectifiers with power factor correction in regenerative mode. Collected scientific works of Ukrainian State University of Railway Transport, 178, 21–28. doi: https://doi.org/10.18664/1994-7852.178.2018.138906
- Blahnik, V., Talla, J. (2016). Single-phase synchronization for traction active rectifier. 2016 International Conference on Applied Electronics (AE). doi: https://doi.org/10.1109/ae.2016.7577233
- Scherback, Y. V., Plakhtiy, O. A., Nerubatskiy, V. P. (2017). Control characteristics of active four-quadrant converter in rectifier and recovery mode. Tekhnichna Elektrodynamika, 2017 (6), 26–31. doi: https://doi.org/10.15407/techned2017.06.026
- Fomin, O. V., Lovska, A. O., Plakhtii, O. A., Nerubatskyi, V. P. (2017). The influence of implementation of circular pipes in load-bearing structures of bodies of freight cars on their physico-mechanical properties. Scientific bulletin of National mining university, 6, 89–96.
- Kolmakov, N. M., Bahovtsev, I. A., Garganeev, A. G. (2016). Analiz gisterezisnogo upravleniya po napryazheniyu avtonomnogo invertora napryazheniya. Doklady Tomskogo gosudarstvennogo universiteta sistem upravleniya i radioelektroniki, 19 (2), 84–89.
- Yakupov, D. V., Kazachkovskiy, N. N. (2010). Control principles for PWM-based active rectifier under perturbations from the load. Vestnik KDU imeni Mihaila Ostrogradskogo, 4 (63), 16–19.
- Oleksandr, P., Volodymyr, N. (2018). Analyses of Energy Efficiency of Interleaving in Active Voltage-Source Rectifier. 2018 IEEE 3rd International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS). doi: https://doi.org/10.1109/ieps.2018.8559514
- Gervasio, F., Mastromauro, R. A., Liserre, M. (2015). Power losses analysis of two-levels and three-levels PWM inverters handling reactive power. 2015 IEEE International Conference on Industrial Technology (ICIT). doi: https://doi.org/10.1109/icit.2015.7125248
- Zhao, L., Wang, Q., Li, G., Chen, Q., Hu, C. (2014). Analyze and compare the efficiency of two-level and three-level inverter in SVPWM. 2014 9th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications. doi: https://doi.org/10.1109/iciea.2014.6931488
- Vintrih, A., Ul'rih, N., Kolpakov, A. I., Mysak, T. V., Polischuk, S. I. (2017). Analiz dinamicheskih poter' moschnyh IGBT. Vestnik Natsional'nogo tekhnicheskogo universiteta «Kharkivskiy politekhnicheskiy institut», 27, 191–196.
- Wu, R., Wen, J., Wu, J., Chen, Z., Peng, C., Wang, Y. (2012). Analysis of power losses in voltage source converter with new generation IGBTs. 2012 IEEE International Conference on Computer Science and Automation Engineering (CSAE). doi: https://doi.org/10.1109/csae.2012.6272683
- Dai, P., Guo, G., Gong, Z. (2016). A Selection Precharge Method for Modular Multilevel Converter. International Journal of Control and Automation, 9 (4), 161–170. doi: https://doi.org/10.14257/ijca.2016.9.4.16
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2019 Oleksandr Plakhtii, Volodymyr Nerubatskyi, Dmytro Sushko, Igor Ryshchenko, Vladyslav Tsybulnyk, Denys Hordiienko
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
