- •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
1.4 Однофазный управляемый выпрямитель с нулевым выводом трансформатора
Регулирование величины выходного напряжения выпрямителей может осуществляться трансформатором с отпайками на вторичной стороне или автотрансформатором. Или, например, введением подмагничиваемых постоянным током дросселей насыщения в первичной или вторичной обмотке трансформатора. Такие регуляторы напряжения при своей простоте имеют недостатки: низкий к.п.д., большую массу, габариты и стоимость.
Значительно более широкое применение для регулирования напряжения на нагрузке получил фазовый способ, основанный на управлении во времени моментом отпирания тиристоров. Если во всех схемах выпрямления рассмотренных раньше выпрямительные диоды заменить на тиристоры и подавать на их управляющий электрод сигнал управления то получим схемы управляемых выпрямителей. Управляемые выпрямители выполняют сразу две функции:
1) преобразуют энергию переменного тока в энергию постоянного тока;
2) регулируют среднее значение выпрямленного напряжения от Ud0 до 0 при увеличении угла регулирования α.
Ud0 ‑ значение выпрямленного напряжения при угле регулирования α=0, т.е. среднее значение выпрямленного напряжения неуправляемого выпрямителя.
α – угол регулирования, соответствует моменту подачи отпирающего импульса на управляющий электрод тиристора. Откладывается от точки естественной коммутации, т.е. от того момента, в который открылся бы диод в неуправляемой схеме.
1.4.1 Работа однофазного управляемого выпрямителя на активную нагрузку
Принципиальная схема однофазного управляемого выпрямителя с нулевым выводом трансформатора приведена на рисунке 1.4.1.
Рис. 1.4.1
Пусть на входе выпрямителя действует положительная полуволна напряжения сети, полярность напряжения указана на рисунке. На интервале 0 – t1 тиристоры VS1, VS2 закрыты, напряжение на выходе выпрямителя Ud = 0, рисунок 1.4.2. К тиристорам прикладывается суммарное напряжение двух вторичных обмоток трансформатора (к VS1 – в прямом направлении, к VS2 – в обратном). Если сопротивления тиристоров в непроводящем состоянии считать одинаковыми, то на интервале 0 – t1 напряжение на тиристоре будет определятся величиной (U21 + U22)/2=U2. В момент времени t1 на управляющий электрод тиристора VS1 поступает отпирающий импульс. В результате к нагрузке подключается напряжение U21. На интервале t1 – t2 через нагрузку протекает ток. В момент времени t2=π ток тиристора VS1 становится равным нулю и он закрывается. На интервале t2 – t3 оба тиристора закрыты. В момент t3 подается отпирающий импульс на тиристор VS2. Отпирание этого тиристора подключает к нагрузке вторичное напряжение U22, при этом к тиристору VS1 подключается напряжение двух обмоток трансформатора равное 2U2. Максимальное обратное напряжение равно . В момент времени t4 в результате изменения полярности напряжения U22 закрывается тиристор VS2, в дальнейшем процессы повторяются.
Рис. 1.4.2
Ток первичной обмотки трансформатора связан со вторичными токами коэффициентом трансформации трансформатора и имеет паузы на интервалах α. Его первая гармоника имеет фазовый сдвиг в сторону отставания относительно напряжения питания.
Рис. 1.4.3
При увеличении угла α среднее значение выпрямленного напряжения уменьшается, рисунок 1.4.3. Зависимость напряжения Ud от угла α называется регулировочной характеристикой, рисунок 1.4.4. Регулировочная характеристика при чисто активной нагрузке ( ) определяется выражением:
.
Рис. 1.4.4
Диапазон регулирования при чисто активной нагрузке для однофазных схем составляет .