25
ВведениеСовременный подход к увеличению энерго-эффективности технологических процессов и уже-сточение требований к качеству электроэнергии существенным образом отразились на выборе вы-прямительных схем на входе преобразователей частоты мощных электроприводов. В связи с этим, в двухзвенных преобразователях частоты широкое применение нашли активные выпрямители на полностью управляемых ключах. Такое решение позволяет обеспечить двусторонний обмен энер-гией, регулирование коэффициента мощности и приемлемый гармонический состав тока, потреб-ляемого из сети.Классические силовые схемы активных выпря-мителей мощных электроприводов, как правило, представляют собой параллельное соединение не-скольких трехуровневых инвертеров, включенных на сеть через понижающий трансформатор [1, 2]. Для уменьшения искажений синусоидальности формы кривой сетевого тока используют много-пульсные схемы соединений обмоток силового трансформатора [3]. На современном этапе подоб-ные конфигурации представляют собой последо-вательное соединение первичных обмоток транс-форматора и разные группы соединений вторич-ных обмоток. На практике в мощных электропри-водах применяют 12-, 18-, 24-и 48-пульсные сило-вые схемы [1][2][3][4].Недостатком подобных решений активных выпрямителей является наличие группы силовых трансформаторов с нестандартными соединениями обмоток, что существенно увеличивает массогаба-ритные характеристики и ведет к удорожанию схемы. В современных условиях постепенного снижения стоимости IGBT-транзисторов и роста цен на активные материалы трансформаторов формируется принципиально новое направление развития преобразователей частоты, которое за-ключается в проектировании «бестрансформатор-ных» многоуровневых конвертеров на базе мо-дульных конструкций.Концепция Рассмотрены многоуровневые конвертеры на базе модульной конструкции (ММС), предназначен-ные для высоковольтных сетей в качестве активных выпрямителей регулируемых электроприводов пе-ременного тока, а также статических компенсаторов реактивной мощности. Приведена структура ММС, отличительная особенность которой заключается в том, что каждая фаза содержит ряд последовательно включенных одинаковых подмодулей. Представлена типовая топология подмодуля, состоящая из кон-денсатора, шунтируемого встречно-параллельным соединением диода и транзистора. Рассмотрены воз-можные рабочие состояния подмодуля, влияющие на уровень напряжения на входных зажимах. Деталь-но проанализированы три известных способа модуляции напряжения ММС: метод амплитудно-импульсной модуляции, метод с назначением коммутируемого подмодуля и метод сравнения с опорным напряжением. Приведено содержание высших гармоник в выходном линейном напряжении ММС для трех перечисленных способов модуляции. Показано, что в методе сравнения с опорным напряжением уровень THD напряжения на входных зажимах конвертера составляет значение порядка 4 % при частоте коммутации силовых ключей 300 Гц.Ключевые слова: модульный многоуровневый конвертер, способы модуляции, активный выпрями-тель, высшие гармоники, искажение синусоидальности кривой.