Miglioramento dei convertitori a semiconduttore nei sistemi di azionamento elettrico automatizzati

Dispositivi a semiconduttore di potenza e convertitori basati su di essi sono in fase di sviluppo nelle seguenti aree prioritarie:

• migliorare le caratteristiche dei dispositivi a semiconduttore di potenza;

• espandere l'uso di moduli di alimentazione intelligenti;

• ottimizzazione degli schemi e dei parametri dei convertitori, consentendo di garantire le caratteristiche tecniche e gli indicatori economici necessari degli azionamenti elettrici;

• miglioramento degli algoritmi per il controllo digitale diretto dei convertitori.

Attualmente, i convertitori di potenza sono realizzati sulla base di elementi di potenza a semiconduttore sotto forma di raddrizzatori controllabili, inverter autonomi di tensione e corrente, inverter di rete, ecc.convertitori di frequenza con connessione diretta alla rete.

I tipi di convertitori utilizzati e dispositivi di filtro compensatori sono determinati dal tipo di motore elettrico, dai compiti di controllo, dalla potenza, dall'intervallo di controllo delle coordinate richiesto, dalla necessità di ripristinare l'energia nella rete, dall'influenza dei convertitori sulla rete di alimentazione.

Le soluzioni del circuito del convertitore rimangono tradizionali negli azionamenti CC e CA. Tenendo conto dei crescenti requisiti per le caratteristiche energetiche degli azionamenti elettrici e della necessità di ridurre il loro impatto negativo sulla rete elettrica, si stanno sviluppando convertitori che forniscono modi economici per controllare le apparecchiature tecnologiche.

I cambiamenti nei circuiti di potenza dei convertitori a semiconduttore sono principalmente associati all'aspetto e all'uso diffuso di nuovi dispositivi: potenti transistor ad effetto di campo (MOSFET), IGBT (IGBT), tiristori lock-in (GTO).

Attualmente si possono distinguere le seguenti direzioni di sviluppo dei convertitori statici:

• ampliare la gamma di dispositivi a semiconduttore completamente controllati (transistor — fino a 2 MW, tiristori — fino a 10 MW);

• Distribuzione metodi di modulazione di larghezza di impulso (PWM).

• applicazione dei principi a blocchi di costruzione di convertitori basati su moduli ibridi silo unificati basati su transistor e tiristori;

• la capacità di eseguire convertitori di corrente continua e alternata e le loro combinazioni su una base strutturale.

Negli azionamenti elettrici CC, oltre ai raddrizzatori controllati, vengono utilizzati sistemi con raddrizzatori non controllati e convertitori di larghezza di impulso per ottenere un funzionamento ad alta velocità. In questo caso, un dispositivo di compensazione del filtro può essere scartato.

Convertitori usati per il controllo di motori a magneti permanenti contengono un raddrizzatore controllato e un inverter autonomo controllato dai segnali del sensore di posizione del rotore.

I sistemi di controllo della frequenza per motori asincroni utilizzano principalmente inverter di tensione. In questo caso, in assenza di recupero energetico, è possibile utilizzare nella rete un raddrizzatore non controllato, ottenendo il circuito convertitore più semplice.La possibilità di utilizzare dispositivi completamente controllabili e PWM rende questo schema ampiamente utilizzato in un'ampia gamma di potenze.

I convertitori con inverter di corrente, considerati fino a poco tempo fa come i più semplici e convenienti per controllare i motori elettrici, sono attualmente di uso limitato rispetto ad altri tipi di convertitori.

I convertitori di frequenza contenenti un raddrizzatore non controllato e un inverter azionato dalla rete e che costituiscono la base di una cascata di valvole di induzione vengono utilizzati in azionamenti ad alta potenza con un intervallo di controllo della velocità limitato.

I potenti convertitori di frequenza con collegamento diretto alla rete nelle macchine a doppia alimentazione e nel controllo di motori asincroni o sincroni a bassa velocità hanno una certa prospettiva.

I moderni convertitori a semiconduttore utilizzati nei sistemi di azionamento elettrico automatizzati coprono una gamma di potenza da centinaia di watt a diverse decine di megawatt.

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