Дисциплина: «Интеллектуальные преобразователи энергетических систем» Тема обеих работ — система АВН → ЗПТ → ШИП → ДПТ (активный выпрямитель — звено постоянного тока — широтно-импульсный преобразователь — двигатель постоянного тока). Вариант 3.
Расшифровка сокращений:
- НУВ — неуправляемый выпрямитель (обычный диодный мост);
- АВН — активный (управляемый) выпрямитель, он же корректор коэффициента мощности (ККМ);
- ЗПТ — звено постоянного тока (конденсаторный фильтр между выпрямителем и ШИП);
- ШИП — широтно-импульсный преобразователь, питает якорь двигателя;
- ДПТ — двигатель постоянного тока.
- Собрать модель системы АВН → ЗПТ → ШИП → ДПТ.
- Рассчитать и сравнить два входных выпрямителя: обычный диодный мост (НУВ) и активный выпрямитель (АВН).
- Рассчитать ШИП, тормозную цепь и рекуперацию энергии торможения.
- Подобрать реальные детали (диоды, транзисторы, конденсаторы, тормозной резистор).
- Смоделировали три варианта питания: НУВ с накопительным конденсатором, НУВ с тормозной цепью и АВН.
- Сняли вольтамперные характеристики (ВАХ) и сравнили, как каждая система держит напряжение под нагрузкой.
- Подобрали элементную базу: диодный мост Vishay GBPC3506W, транзисторы Infineon IPP110N20N3-G, конденсаторы Nichicon LLS2D222MELC, тормозной резистор.
| Показатель | НУВ (диодный мост) | АВН (активный) |
|---|---|---|
| Напряжение ЗПТ под нагрузкой | падает с 163 до 102 В | стабильно ≈92 В |
| Нужная ёмкость конденсатора | 21 504 мкФ | 11 552 мкФ (в 1,9 раза меньше) |
| Коэффициент мощности | низкий | ≈0,99 |
| Рекуперация энергии | нет | есть |
- АВН лучше: ровнее держит напряжение, требует почти вдвое меньшую ёмкость, выше КПД и коэффициент мощности, умеет возвращать энергию торможения.
- Цена за это: через ключи и конденсатор АВН идут бо́льшие импульсные токи, а система управления сложнее.
- Самую большую нагрузку по обратному напряжению несут диоды НУВ, а по импульсному току — ключи и конденсатор АВН.
Университет ИТМО, факультет систем управления и робототехники, 2026. Среда моделирования — MATLAB/Simulink (Simscape Electrical).
- Посмотреть, какие электромагнитные нагрузки ложатся на ключи и конденсатор ЗПТ при реверсе двигателя.
- Разобрать два режима: малый сигнал (без токоограничения) и большой сигнал (с выходом в токоограничение).
- Изучить рекуперативное торможение при реверсе скорости.
- Сверить расчётные значения с результатами моделирования и проверить, верно ли выбраны детали.
- Построили механические характеристики двигателя и настроили регуляторы тока и скорости (подчинённое регулирование).
- Смоделировали те же три системы (НУВ + конденсатор, НУВ + тормозная цепь, АВН) в обоих режимах реверса.
- Посчитали энергопотребление за цикл, гармоники тока сети (THD) и коммутационные потери в ключах.
| Показатель | НУВ | АВН |
|---|---|---|
| Искажения тока сети (THD) | ≈81 % — не проходит ГОСТ | ≈6 % — проходит |
| Коэффициент мощности | ≈0,78 | ≈0,99 |
| Энергия из сети за цикл | большая | наименьшая (отдаёт в сеть) |
- Ток сети у диодного выпрямителя «грязный» (THD ≈81 %) и не укладывается в ГОСТ; у АВН он почти синусоидальный и нормам соответствует.
- По энергии при реверсе выигрывает АВН — он возвращает энергию торможения в сеть. Накопительный конденсатор при долгой рекуперации даёт недопустимый рост напряжения, а тормозная цепь просто рассеивает энергию в резисторе.
- Элементная база выбрана правильно: расхождение расчёта и модели не больше 11 %. Внимания требуют два места — тепловой режим ключей АВН (работают близко к пределу по току) и импульсная мощность тормозного резистора (≈4,7 кВт).