Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра «Электроснабжение железнодорожного транспорта»

Курс лекций

по дисциплине

«Электронная техника и преобразователи в электроснабжении»

для студентов специальности 190401

«Электроснабжение железных дорог»

Составитель: Лабунский Л.С.

Самара 2010

УДК 621.38

Курс лекций по дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении» для студентов специальности 190401 «Электроснабжение железных дорог». - Самара: СамГУПС, 2010.- 117 с.

Утверждено на заседании кафедры 15 февраля 2010 г., протокол №._6_.

Печатается по решению редакционно-издательского совета университета.

Курс лекций по дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении» содержит необходимые сведения для освоения студентами навыков проектирования и эксплуатации мощных преобразовательных установок, работающих в выпрямительном и инверторном режимах. Рассмотрены: элементная база, схемотехника, энергетические показатели и особенности конструкции различных преобразователей, применяемых в системах электроснабжения железных дорог и на электроподвижном составе.

Составитель: Лабунский Леонид Сергеевич

Рецензенты: д.т.н., профессор Григорьев Василий Лазаревич,

СамГУПС

начальник службы электрификации и электроснабжения

Куйбышевской железной дороги – филиала ОАО РЖД

Крестовников И.А

Редактор: Е.А. Краснова

Компьютерная верстка

Подписано в печать _______ 2010 г. Формат 60х84 1/16

Бумага писчая. Печать оперативная. Усл. п.л. 7,3

Тираж ___ экз. Заказ №

© Самарский государственный университет путей сообщения

Введение

Электроэнергия вырабатывается и используется в различных видах: в виде переменного тока частотой 50 или 60 Гц, в виде переменного тока пониженной (16 1/3 Гц) и повышенной (400 Гц) частоты, а также в виде постоянного тока. Это различие связано с многообразием потребителей электроэнергии и их спецификой.

Такое разнообразие вызывает необходимость преобразования электроэнергии. Первыми типами преобразователей электроэнергии были электромашинные агрегаты «двигатель – генератор» с объединёнными общим валом роторами. Недостатки такого типа преобразователей очевидны: наличие подвижных частей, требующих эксплуатационного обслуживания, инерционность и т.д. В настоящее время преобразование электроэнергии производят с помощью электронных схем на полупроводниковых приборах. Такие преобразователи называют статическими (без вращающихся частей).

Основными видами преобразования электроэнергии являются:

• выпрямление – преобразование переменного тока в постоянный ток;

• инвертирование – преобразование постоянного тока в переменный;

• преобразование частоты – преобразование переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты.

Существуют также другие, менее распространённые виды преобразования – формы тока, числа фаз и др., для которых используется комбинация основных видов преобразования.

Электроэнергия может также преобразовываться для повышения её качества, например, для стабилизации напряжения или частоты переменного тока.

В современной электронике различают силовую и информационную электронику. Силовая (энергетическая) электроника связана с преобразованием электроэнергии из одного вида в другой, распределением электроэнергии, компенсацией реактивной мощности, схемами быстродействующей защиты и т.д. Информационная электроника связана с управлением информационными процессами и составляет основу современных ЭВМ, которые используются в системах управления различными объектами, в том числе и аппаратами силовой электроники.

Одной из основных областей применения силовой электроники является электропривод. На железнодорожном транспорте применяются выпрямительно-инверторные агрегаты тяговых подстанций постоянного тока, созданы устройства преобразования постоянного тока и однофазного переменного тока в трёхфазный переменный ток регулируемой частоты для управления частотой вращения асинхронных тяговых двигателей электроподвижного состава.

В промышленности применяются мощные выпрямительные установки для получения чистых металлов методом электролиза и для нанесения гальванических покрытий.

В бытовых электроустановках преобразование электроэнергии производится через промежуточный каскад, работающий на ультразвуковой частоте 30 – 120 кГц, что позволило существенно снизить массу преобразовательного трансформатора и получить повышение коэффициента полезного действия преобразования.

Разработка и производство современных полупроводниковых приборов – силовых транзисторов и мощных полностью управляемых тиристоров существенно расширяет возможности получения высоких технических характеристик и экономических показателей изделий силовой электронной техники.