- •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
1.3 Трехфазные неуправляемые выпрямители
1.3.1 Трехфазный выпрямитель с нулевым выводом трансформатора
Рис. 1.3.1
Схема содержит трансформатор вторичные обмотки, которого соединена звездой. Первичные обмотки соединяют либо звездой, либо треугольником. Выводы вторичных обмоток присоединяют к анодам трех диодов. Нагрузку подключают между нулевым выводом трансформатора и катодной группой вентилей, рисунок 1.3.1.
При рассмотрении принципа работы схемы не учитываются индуктивности рассеяния обмоток трансформатора, считается, что коммутация токов осуществляется мгновенно.
На рисунке 1.3.2, а показаны фазные напряжения , , вторичных обмоток трансформатора относительно нулевой точки. Одновременно в открытом состоянии находится только один диод, анод которого имеет более высокий потенциал, относительно потенциалов анодов двух других диодов, закрытых напряжением равным разности напряжения подключенной к ним фазы и фазы проводящего диода:
- на интервале t1 – t2 открыт VD1;
- на интервале t2 – t3 открыт VD2;
- на интервале t3 – t4 открыт VD3;
- на интервале t4 – t5 открыт VD1.
Рис. 1.3.2
Интервал проводимости каждого диода составляет: . Открытый диод подключает напряжение соответствующей фазы к нагрузке. В результате на ней действует пульсирующее напряжение представляющее собой участки фазных напряжений, рисунок 1.3.2, б. При чисто активной нагрузке кривая выпрямленного тока повторяет кривую выпрямленного напряжения. Очередность открывания вентилей характеризуют кривые токов, рисунок 1.3.2, в, г, д. Среднее значение выпрямленного напряжения равно:
.
Среднее значение выпрямленного тока при активной нагрузке определяется аналогично:
.
Коэффициент пульсаций первой гармоники выпрямленного напряжения:
.
Частота пульсаций первой гармоники:
Гц.
Среднее значение тока диода:
.
На рисунке 1.3.2, е построена кривая обратного напряжения на диоде VD1. Обратное напряжение представляет из себя разность потенциалов анода и катода диода. Изменение потенциала анода VD1 определяется фазным напряжением , а катода фазным напряжением , при проводящем диоде VD2 и фазным напряжением , при проводящем диоде VD3. Таким образом, обратное напряжение на диоде VD1 состоит из участков линейных напряжений и . Максимальное значение обратного напряжения равно амплитуде линейного вторичного напряжения:
.
Ток вторичной обмотки трансформатора определяется соответствующим током диода, действующее значение этого тока:
.
Расчетная мощность вторичной обмотки трансформатора:
.
Расчетная мощность первичной обмотки трансформатора:
.
Расчетная полная мощность трансформатора:
.
Кривые токов диодов содержат постоянную составляющую, которая, протекая через вторичную обмотку трансформатора, создает в каждом из его стержней однонаправленный поток вынужденного намагничивания. Это явление приводит к насыщению трансформатора, а значит к увеличению полной мощности трансформатора. Для устранения дополнительных потерь, вызванных переменной составляющей потока вынужденного намагничивания, первичные обмотки трансформатора соединяют треугольником. При этом расчетная полная мощность трансформатора не изменяется. Для устранения постоянной составляющей потока вынужденного намагничивания каждую вторичную обмотку расщепляют на две части и полученные шесть обмоток соединяют зигзагом, так чтобы каждая обмотка располагалась на двух стержнях.
Достоинство схемы – малое падение напряжения на диодах. Используется для получения невысоких напряжений (десятки, сотни вольт) при повышенных мощностях (от 500 Вт). Схема характеризуется плохим коэффициентом использования трансформатора, отгосительно большим обратным напряжением на диодах и наличием вынужденного намагничивания трансформатора.