- •Политехнический институт Сибирского федерального университета преобразовательная техника
- •1 Модуль 1. Преобразователи постоянного тока
- •1.1 Введение. Объем и содержание курса
- •1.2 Однофазные неуправляемые выпрямители
- •1.2.1 Однофазный однополупериодный выпрямитель
- •1.2.2 Однофазный выпрямитель с выводом средней точки трансформатора
- •1.2.3 Однофазный мостовой выпрямитель
- •1.2.4 Работа выпрямителей на активно-индуктивную нагрузку
- •1.2.5 Работа выпрямителей на активно-емкостную нагрузку
- •1.2.6 Работа неуправляемого выпрямителя на нагрузку с противо - э. Д. С.
- •1.2.7 Внешние характеристики выпрямителей
- •1.3 Трехфазные неуправляемые выпрямители
- •1.3.1 Трехфазный выпрямитель с нулевым выводом трансформатора
- •1.3.2 Трехфазный мостовой выпрямитель
- •1.4 Однофазный управляемый выпрямитель с нулевым выводом трансформатора
- •1.4.1 Работа однофазного управляемого выпрямителя на активную нагрузку
- •1.4.2 Влияние индуктивности в цепи нагрузки
- •1.5 Трехфазные управляемые выпрямители
- •1.5.1 Трехфазный управляемый выпрямитель с нулевым выводом трансформатора
- •2.4.2 Трехфазный мостовой управляемый выпрямитель
- •1.6 Выпрямители с несимметричным и ступенчатым регулированием выходного напряжения
- •1.6.1 Выпрямители с нулевым вентилем
- •1.6.2 Полууправляемые выпрямители
- •2.5.3 Управляемые выпрямители со ступенчатым регулированием вторичного напряжения
- •1.7 Сглаживающие фильтры выпрямителей
- •1.7.2 Резонансные фильтры
- •1.7.3 Фильтр с компенсацией переменной составляющей
- •1.8 Процессы коммутации в выпрямителях, коэффициент мощности и кпд
- •1.8.1 Процессы коммутации в выпрямителях
- •1.8.2 Коэффициент мощности выпрямителя
- •1.8.3 Коэффициент полезного действия
- •1.9 Системы управления вентильными преобразователями
- •1.10 Выпрямители на полностью управляемых вентилях
- •1.10.1 Выпрямители с опережающим фазовым регулированием
- •1.10.2 Выпрямитель с широтно-импульсным регулированием выпрямленного напряжения
- •1.10.3 Выпрямители с принудительным формированием кривой тока, потребляемого из питающей сети
- •1.11 Инверторы, ведомые сетью
- •1.12 Реверсивные преобразователи постоянного тока
- •1.13 Аварийные режимы преобразователей постоянного тока
- •1.13.1 Внешнее короткое замыкание неуправляемого выпрямителя
- •1.13.2 Внешнее короткое замыкание управляемого выпрямителя
- •1.13.3 Внутреннее короткое замыкание трехфазного мостового неуправляемого выпрямителя
- •1.13.4 Аварийные режимы инвертора ведомого сетью
- •1.13.5 Аварийные процессы в реверсивных двухкомплектных преобразователях
- •1.13.5.1 Одновременное включение выпрямительных комплектов без э. Д. С. В цепи нагрузки.
- •2.12.5.2 Одновременное включение выпрямительных комплектов при наличии э. Д. С. В цепи нагрузки.
- •2.12.5.3 Включение выпрямительного комплекта во время прорыва инвертора.
- •2 Модуль 2. Преобразователи переменного тока
- •2.1 Автономные инверторы тока
- •2.1.1 Параллельный инвертор тока
- •2.1.2 Последовательно-параллельный инвертор тока
- •2.1.3 Инвертор тока с отсекающими вентилями
- •2.1.4 Инвертор тока с выпрямителем обратного тока
- •2.1.5 Инвертор тока с индуктивно-тиристорным регулятором
- •2.1.6 Инвертор тока с широтно-импульсной модуляцией
- •2.2 Резонансные инверторы
- •2.2.1 Параллельный, последовательно-параллельный резонансный инвертор с закрытым входом
- •2.2.2 Последовательный инвертор с открытым входом
- •2.2.3 Резонансные инверторы с вентилями обратного тока
- •2.2.4 Параллельный полумостовой транзисторный инвертор
- •2.2.5 Резонансные инверторы с удвоением частоты
- •2.2.6 Многоячейковые инверторы
- •2.3 Автономные инверторы напряжения
- •2.3.1 Однофазный мостовой аин
- •2.3.2 Трехфазный аин
- •2.3.3 Трехфазный аин с шир
- •2.3.4 Трехуровневый трехфазный инвертор
- •2.4 Преобразователи частоты
- •2.4.1 Преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока
- •2.4.2 Трехфазно-однофазный преобразователи частоты с непосредственной связью с естественной коммутацией тиристоров
- •2.4.3 Однофазный нпч с принудительной коммутацией
- •2.4.4 Преобразователь частоты с промежуточным звеном переменного тока
- •Библиографический список
1.9 Системы управления вентильными преобразователями
Системы управления предназначены для формирования управляющих импульсов заданной формы и длительности, распределения их по фазам и изменения момента подачи на управляющий электрод вентилей преобразователя.
Требования, предъявляемые к системам управления, определяются типом вентилей, режимом работы (выпрямительный, инверторный) и характером нагрузки на которую он работает.
Основный требования:
- достаточная для надежного отпирания вентиля амплитуда напряжения и тока управляющих импульсов;
- крутизна фронта управляющих импульсов;
- ширина диапазона регулирования, определяемая типом преобразователя, режимом работы и характером нагрузки.
Системы управления, в которых управляющий сигнал имеет форму импульса фазу которого можно регулировать, называют системами импульсно-фазового управления (СИФУ). В зависимости от того в одном или нескольких каналах управления вырабатываются управляющие импульсы, различают одно и многоканальные системы управления, в зависимости от принципа изменения фазы управляющего импульса различают горизонтальные и вертикальные СИФУ. Системы управления также могут быть синхронными и асинхронными.
При синхронном импульсно фазовом управлении угол смещения управляющего импульса отсчитывается от определенного значения фазы сети питающей преобразователь. Синхронное управление является на настоящий момент общепринятым. При асинхронном импульсно фазовом управлении угол подачи управляющего импульса не связан в явном виде с напряжением сети, т.е. не синхронизирован с сетью.
Рис. 1.9.1.
При горизонтальном управлении управляющие импульсы формируются в момент перехода синусоидального напряжения через ноль, а изменение его фазы обеспечивается изменением фазы синусоидального напряжения, т.е. смещение напряжения по горизонтали. Блок схема горизонтальной СИФУ показана на рисунке 1.9.1. Фазовращатель (ФВ) обеспечивает формирование переменного напряжения Uфв, смещенного во времени на угол управления, относительно напряжения сети Uс. Нуль орган (НО) выдает узкий импульс Uфсу в момент перехода Uфв через ноль. Далее через гальваническую развязку (ГР) сигнал управления поступает на формирователь импульсов (ФИ), обеспечивающий формирование отпирающего импульса Uотп, необходимой для отпирания тиристора формы, амплитуды и длительности.
Рис. 1.9.2.
На рисунке 1.9.2 приведена схема и векторная диаграмма мостового фазовращателя. Изменение фазы выходного напряжения Ucd от 0 до 180 эл. гр. осуществляется при помощи изменения сопротивления переменного резистора R.
Рис. 1.9.3.
При вертикальном управлении, рисунок 1.9.3, управляющие импульсы формируются в результате сравнения опорного Uоп (синусоидального, пилообразного, и т.д.) и управляющего напряжений Uупр. В момент равенства этих напряжений формируется импульс Uфсу, рисунок 1.9.4 который через гальваническую развязку поступает на формирователь импульсов (ФИ). Фаза управляющего импульса изменяется путем изменения уровня управляющего напряжения.
Рис. 1.9.4.
Для обеспечения высокой точности и помехозащищенности применяют цифровые системы управления, блок схема приведена на рисунке 1.9.5. В данном случае управляющий сигнал задается в виде кода фазы отпирающего импульса Yупр. Вместо опорного напряжения используется линейно увеличивающийся или уменьшающийся код счетчика (СЧ), на суммирующий или вычитающий вход которого поступают импульсы генератора (Г). В момент равенства кода счетчика и кода фазы отпирающего импульса компаратор (К) выдается импульс, который далее через гальваническую развязку поступает на формирователь импульсов.
Рис. 1.9.5.
Требования к длительности импульса управления зависят от типа вентиля и режима его работы в преобразователе постоянного тока. Для тиристоров как правило применяют узкие импульсы управления специальной формы, рисунок 1.9.4. В трехфазной мостовой схеме возможно два вида импульсов управления: широкие ‑ шириной больше и узкие ‑ сдвоенные короткие импульсы разнесенные на . Длительность и амплитуда узкого импульса подбирается из условия обеспечения нарастания тока за время отпирающего импульса до тока удержания. Длительность широкого импульса выбирают исходя из условия обеспечения режима прерывистых токов. Для транзисторов применяют широкие импульсы управления, задающие время открытого состояния. Для полностью управляемых тиристоров применяют два узких импульса: положительной полярности, задающий момент включения, и отрицательный, переводящий тиристор в закрытое состояние.
Для разделения системы управления с низким уровнем напряжения и силовой схемы преобразователя с высоким уровнем напряжения, опасным для системы управления и человека применяют гальваническую развязку. Существует два вида гальванической развязки: трансформаторная и оптоэлектронная.
Рис. 1.9.6.
Передача узкого управляющего импульса легко реализуется при помощи высокочастотного импульсного трансформатора, рисунок 1.9.6, а. Для обеспечения крутого фронта при передаче широкого импульса управления через трансформатор, передачу широкого импульса заменяют передачей эквивалентной пачки узких импульсов, рисунок 1.9.6, б.
О
Рис. 1.9.7.