Министерство образования и науки Российской Федерации

Иркутский государственный технический университет

Факультет ____энергетический____________________________

Кафедра _электропривода и электрического транспорта_____

М.П.Дунаев

СИЛОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Методические указания для лекционых занятий

Укрупненная группа направлений и специальностей

140000 – Энергетика, энергетическое машиностроение и электротехника

Направление подготовки:

140400 – Электроэнергетика и электротехника

Профиль:

140400.62 – Электропривод и автоматика

Квалификация (степень):

Бакалавр

Иркутск

2012 г.

М.П.Дунаев. Силовая электроника: Конспект лекций. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2012. – 57 с.

Рассмотрен принцип действия, схемы и характеристики преобразователей постоянного и переменного тока, отмечены их достоинства и недостатки, обозначены области применения.

Конспект лекций подготовлен на кафедре электропривода и электротранспорта ИрГТУ и предназначен для бакалавров направления 140400 «Электроэнергетика и электротехника»

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. М.П.Дунаев. Силовая электроника. Методические указания для лабораторных занятий. – Иркутск, Изд-во ИрГТУ, 2012. 46 с. ЭИ.

2. М.П.Дунаев. Силовая электроника. Методические указания для практических занятий. – Иркутск, Изд-во ИрГТУ, 2012. 23 с. ЭИ.М.П.Дунаев.

3. М.П.Дунаев. Силовая электроника. Методические указания для самостоятельной работы. – Иркутск, Изд-во ИрГТУ, 2012. 6 с. ЭИ.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

4. Онищенко Г.Б. Электрический привод. М.: Академия, 2008.

5. Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов. М.: Академия, 2005.

Содержание

Стр.

Лекция №1…………………………………………………………………..4

Лекция №2………………………………………………………………….14

Лекция №3………………………………………………………………….21

Лекция №4………………………………………………………………….25

Лекция №5………………………………………………………………….28

Лекция №6………………………………………………………………….40

Введение

Преобразовательная техника - это обширная область инженерного знания, описывающая устройство преобразователей, их работу и характеристики. Преобразователи в автоматизированном электроприводе (АЭП) - это устройства, выполняющие функцию силового управления электрическими машинами.

Все преобразователи в АЭП можно условно разделить на две большие группы: преобразователи постоянного тока и преобразователи переменного тока. Первая группа преобразователей предназначена для регулирования постоянного тока и напряжения в нагрузке, вторая - для регулирования переменного тока и напряжения. К основным типам преобразователей постоянного тока можно отнести управляемый выпрямитель (УВ), широтно-импульсный преобразователь (ШИП) и частотно-импульсный преобразователь (ЧИП). К основным типам преобразователей переменного тока следует отнести тиристорный регулятор напряжения (ТРН) и преобразователь частоты (ПЧ).

1. УПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

1. Принцип действия

Регулирование выходного напряжения УВ достигается управлением моментом открывания тиристоров преобразователя. В большинстве УВ используется импульсно-фазовый способ управления. Сущность его заключается в том, что на управляющий электрод (УЭ) тиристора периодически с частотой питания анодного напряжения подается электрический импульс, который может меняться по фазе по отношению к анодному напряжению.Тем самым изменяется момент открывания тиристора. Угол , отсчитываемый от момента естественного открывания тиристора (когда потенциал анода становится больше потенциала катода) до

момента подачи управляющего импульса, называется углом регулирования (управления) тиристора.

Р ассмотрим принцип регулирования напряжения на примере включения тиристора по однофазной однополупериодной схеме выпрямления (рис.1.1).

Рис.1.1.

Управляющие импульсы образуются с помощью системы импульсно-фазового управления (СИФУ), служащего для изменения угла регулирования . Допустим, что на УЭ тиристора VS1 от СИФУ подан импульс в момент времени t1 . Этот импульс открывает тиристор и к нагрузке Zн скачком будет приложено напряжение, которое буден изменяться по кривой Uн. В момент времени t2 напряжение Uн становится равным нулю и тиристор закрывается, т.к. к нему приложено напряжение отрицательной полуволны. На интервале t2 - t3 ток через нагрузку не протекает. В момент t3 на УЭ тиристора подается следующий импульс управления с СИФУ и работа схемы повторяется. На рис.1.2 показан график зависимости Uн от угла открывания тиристора . Максимальное напряжение Uнo получается при полностью открытом тиристоре, когда угол =0 (естественное открывание относительно синусоиды напряжения питания).

Рис.1.2.

Изменяя угол  , можно регулировать среднее значение выпрямленного напряжения. Аналогично протекают процессы открывания и закрывания тиристоров и в каждой фазе многофазных тиристорных преобразователей, например, в трехфазной мостовой. Выпрямленные напряжение и ток содержат постоянную и переменную составляющие. Наличие пульсаций (переменной составляющей) ухудшает условия коммутации двигателей постоянного тока и увеличивает потери в них. Поэтому на выходе УВ устанавливается индуктивный фильтр, включаемый последовательно с якорем двигателя (нагрузкой). Этот фильтр обладает большим реактивным сопротивлением для переменной составляющей выпрямленного тока, которая значительно уменьшается. Падение напряжения от этой составляющей на активном сопротивлении фильтра незначительно. Другим средством уменьшения пульсаций является использование многофазных схем выпрямления.

1.2. Основные силовые схемы УВ

Количественные показатели работы силовой схемы характеризуются следующими коэффициентами:

1. коэффициентом схемы К_сх=U_d/U₂,

где U₂ - напряжение вторичной обмотки трансформатора,

U_d - среднее значение выпрямленного напряжения;

2. коэффициентом пульсаций К_п=Uпmax/Umax=1 - cos(180/p),

где Uпmax - максимальная амплитуда пульсаций,

Umax - амплитуда выпрямленного напряжения,

p – число пульсаций за период (p=2 для однофазной мостовой схемы, p=3 для трехфазной нулевой схемы, p=6 для трехфазной мостовой схемы);

3. коэффициентом использования трансформатора К_и=S_т/P_d,

где S_т - полная мощность трансформатора,

P_d - выпрямленная мощность в нагрузке.

Отметим следующие соотношения для расчета тока и напряжения тиристора, используемые при выборе тиристоров:

1. средний ток через тиристор I_vs= k_зап* I_d/(n* К_о),

где К_о - коэффициент, учитывающий способ охлаждения тиристора (Ко=1 при водяном охлаждении, К_о=0,3 при естественном воздушном охлаждении, К_о=0,3...0,6 при принудительном воздушном охлаждении);

I_d - средний выпрямленный ток, k_зап – коэффициент запаса, учитывающий превышение тока, k_зап =1,25…2,0;

n - число тактов выпрямления схемы, n=2 (однофазная), n=3 (трехфазная);

2. максимальное напряжение тиристора,

U_{обр.макс.} = k_зап   U_2н

где k_зап – коэффициент запаса, учитывающий превышение напряжения, k_зап =1,25…2,0;

m – число фаз.

1.2.1. Однофазная мостовая схема

Схема и диаграмма выпрямленного напряжения показаны на рис.1.3. На схеме обозначены: TV1 – согласующий силовой трансформатор, VS1 - VS4 - тиристоры силовой схемы, L1 - сглаживающий дроссель, Zн - нагрузка.

И мпульсы управления подаются синхронно попарно на тиристоры VS1,VS4 и со сдвигом 180^o на тиристоры VS2,VS3.

Схема имеет следующие количественные показатели:

Ксх=0,9, Кп=1,0, Ки=1,1.

Основные расчетные соотношения в схеме:

Uvs=Кзап*U2*2, Ivs= Кзап*Id/(2* Ко).

Достоинства схемы:

- небольшое число тиристоров,

-малое число каналов управления тиристорами,

- небольшие габариты и вес.

Недостатки схемы:

- неравномерная загрузка трехфазной сети и ограниченная вследствие этого установленная мощность схемы (Pd<10 кВт),

- высокий коэффициент пульсаций.

Применение схемы: электропривод малой мощности, бытовые электроприборы.