Книги / s_electro
.pdf29.Жуйков В.М., Гультяев А.Н. Методические указания к курсовому проектированию по курсу «Автономные преобразователи» / НЭТИ .– Новосибирск:, 1988. – 25 с.
30.Заболев Р.Я., Манусов В.З. Имитационное моделирование электромагнитных процессов в управляемых вентильных преобразователях. Методическое руководство. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1997. – 18 с.
31.Заболев Р.Я. Аварийные режимы в вентильных преобразователях: Учебное пособие. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1996. – 72 с.
32.Заболев Р.Я. Анализ токовой и тепловой загрузки тиристоров в управляемых выпрямителях: Методическое руководство к практическим занятиям. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1998. – 20 с.
33.Грабовецкий Г.В., Куклин О.Г., Харитонов С.А. Непосредст-
венные преобразователи частоты с естественной коммутацией для электромеханических систем. Ч.1. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1997.
–60 с.
34.Харитонов С.А. Энергетические характеристики нелинейных электрических цепей с вентилями. Геометрические аналогии: Учебное пособие. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1998. – 168 с.
35.Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Основы системного анализа. – Томск: Изд-во НТЛ, 1997. – 396 с.
36.Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 319 с.
37.Электротехнический справочник / Под ред. В.Г. Герасимова – М.: Энергоатомиздат, 1986.
38.Мерабишвили П. Ф., Ярошенко Е. М. Нестационарные элек-
тромагнитные процессы в системах с вентилями. – Кишинев: Штиин-
ца, 1980. – 208 с.
39.Баланс энергий в электрических цепях / В.Е. Тонкаль, А.В. Новосельцев, С.П. Денисюк и др. – Киев: Наукова Думка, 1992. – 312 с.
40.Булгаков А.А. Новая теория управляемых выпрямителей. – М.:
Наука, 1970.
41.Захаревич С.В. Переходные и установившиеся процессы в схемах электроподвижного состава выпрямительного типа. – М.;Л.: Нау-
ка, 1966. – 239 с.
42.Глебов И. А. Электромагнитные процессы систем возбуждения синхронных машин. – Л; Наука, 1987. – 344 с.
43.Глинтерник С.Р. Тиристорные преобразователи со статическими компенсирующими устройствами. – Л.: Энергоатомиздат, 1988. – 240 с.
196
44.ГОСТ 13109-87. Требования к качеству электрической энергии
вэлектрических сетях общего назначения. – М.: Изд-во Стандартов, 1989.
45.Хохлов Ю.И. Компенсированные выпрямители. – Челябинск:
Изд-во ЧГТУ, 1995. – 355 с..
46.Полупроводниковые выпрямители / Под ред. Ф.И. Ковалева. – М.: Энергоатомиздат, 1978. – 448 с.
47.Репин А.М. Критические состояния вентильных преобразователей // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. – 1980, № 4. – С. 71–94.
48.Репин А.М. Новый метод синтеза вентильных схем класса
Skm(M)lRL∞ // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Общие вопросы, 1983.
–вып. 8, Ч.1. – С. 44–61, Ч.2.– С. 62–81
49.Вентильные преобразователи переменной структуры / В.Е. Тонкаль, В.С. Руденко, В.Я. Жуйков и др. – Киев: Наукова Думка, 1989. – 336 с.
50.Маевский О.А. Энергетические показатели вентильных преобразователей. – М.: Энергия, 1978. – 320 с.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Алгебраизация дифференциальных |
выпрямленного напряжения 147 |
||
уравнений (АДУ) |
входного тока выпрямителя 145 |
||
метод АДУ1 41 |
|
|
|
метод АДУ2 50 |
ЗаконЧернышевадляпервичных |
|
|
метод АДУ(1) 53 |
токов 140 |
|
|
метод АДУМ1 55 |
Зона прерывистого выпрямленного |
||
метод АДУМ2 55 |
тока 123 |
|
|
методАДУМ(1) 55 |
Инвертор: |
|
|
Вентиль: |
зависимый (ведомый сетью) 129 |
||
идеальный 70 |
независимый (автономный) 167 |
||
нулевой 66 |
• напряжения 167 |
|
|
с неполным управлением 22 |
Индуктивность анодная La |
|
|
с полным управлением 22 |
Коммутация вентилей: |
|
|
Выпрямитель: |
естественная ЕК 114 |
|
|
двухпульсный 71,79 |
искусственная ИК 160 |
|
|
трехпульсный 81,89 |
принудительная ПК 160 |
|
|
шестипульсный 93,101 |
Контур коммутации 113 |
|
|
двенадцатипульсный 151 |
Корректор коэффициента |
|
|
на полностью управляемых |
мощности 169 |
|
|
вентилях 160 |
Коэффициент: |
|
|
неупрявляемый 65 |
амплитуды Ка 74 |
|
|
управляемый 65 |
гармоник Кг 15 |
|
|
реверсивный РВП 170 |
( |
(q) |
|
Гармоники: |
• дифференциальный K |
г |
49 |
|
197 |
|
|
• интегральный q-го порядка
Kг(q) 49
искажения Ки 15 кратности тока короткого замыкания Ккз 177 мощности χ 16 несинусоидальности Кнс192 преобразования
•по напряжению Кп.н. 15
•по току Кп.т. 15 полезного действия η 16
•энергетическийηэ 17 пульсаций Кп 17
сдвига соs ϕ 16 трансформации Кт 69 формы Кф 74
Методы расчета энергетических показателей:
интегральный 41 прямой 43 спектральный 42
Мощность: активная Р 41
короткого замыкания Sкз 177 полная S 41
рективная Q 41
• парциальная Q1 41 установленная (типовая)
•вентилей Sв 19
•конденсаторов Sc 18
•реакторов SL 18
•трансформаторов Sт 18 Напряжение короткого замыкания
трансформатора Uк 118 Опрокидывание зависимого инвертора 133 Параметры тиристора:
амплитуда обратного тока Ib.m.ax 24 время включения и выключения
tвкл, tвыкл 24,130
время восстановления управляющих свойств tв 24 заряд восстановления Qв 24 напряжение отсечки прямой вольт-ампернойхарактеристики 25
Напряжение:
максимальнодопустимоеUb.m.ax 23
200
управление тиристора Uупр 25 скорость нарастания
• прямого напряжения,
du |
|
|
24 |
|
||||
предельная |
|
|
|
|
|
|
||
dt |
|
пред |
|
|
||||
• прямого тока, |
|
|
|
|
|
|
||
di |
|
|
198 |
|||||
предельная |
|
|
|
|
24 |
|
||
|
|
|
|
|||||
dt |
пред |
|
|
|||||
• тока управления |
|
|
||||||
di |
уэ |
|
|
|
||||
требуемая |
|
|
|
24 |
|
|||
|
|
|
|
|||||
|
dt |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
треб |
|
|
|
ток анодный среднее |
|
|
||||||
значение Iа 23 |
|
|
|
|
|
|
||
ток удержания Iуд |
23 |
|
|
|||||
частота переключения, |
|
|
||||||
предельная fmax 24 |
|
|
||||||
Подмагничиваниесередника |
|
|
||||||
трансформатора вынужденное |
|
|||||||
• однонаправленное 84 |
|
|
||||||
знакопеременное 85 |
|
|
||||||
Показатель защитный ∫i2dt |
26 |
|
||||||
Показатель устройства: |
|
|
||||||
удельной массы Мs 19 |
|
|
||||||
удельного объема Vs 19 |
|
|
||||||
удельной стоимости Cs |
19 |
|
||||||
удельных потерь |
|
|
|
|
||||
• в единицы массы ∆PM |
20 |
|
||||||
• в единице объема ∆PV 20
• на единицу мощности ∆PS 20
Полупериодность выпрямления двухполупериодное 63 однополупериодное 63 Преобразователь вентильный: ДТ/ДТ – преобразователь
частоты 36 ДТ/ДТ(Н) – регулятор
переменного напряжения 36 ДТ/ДТ(Ф) – преобразователь числа фаз 35 АТ/ДТ(Ч) – умножитель частоты 36
ДТ/ОТ – выпрямитель 35 ОТ/ДТ – инвертор 36 ОТ/ОТ – преобразователь постоянного напряжения 36
Прерывистость выпрямленного тока 120,66
Пульсность выпрямителя р 81 Реактор уравнителбный 93,172 Регулирование выпрямленного напряжения:
релейное 107 фазовое
•опережающее 160
•отстающее 105
широтно-импульсное 161,163 Регулятор реактивной (неактивной) мощности 36 Рекуперация 128 Симистор 22 Системотехника 11,60 Скважность импульсов 64 Снаббер 27
Совместимость электромагнитная Сопротивление
динамическое Rдин 25 тепловое Rni 25
Степень регулирования выпрямленного напряжения Ср 107
Субгармоники 109,174 Схема замещения:
вентиля 25 выпрямителя
•по входу 176
•по выходу 117 трансформатора 111,113
Тиристор запираемый GTO
(с полным управлением, двухоперационный) 26 коммутируемый по УЭ (JGCT) 26 однооперационный (с неполным управлением) 22
Ток уравнительный 95,170 Точка естественного зажигания 82 Транзистор
биополярный (ВРТ) 27 комбинированный (IGBT) 30
полевой (FET, MOSFET) 28
Триак 22 Угол восстановления управляющих
свойств тиристора δв коммутации γ 115 регулирования 105
• вынужденный αв |
124 |
|
|
• опережающий αоп |
162 |
|
|
отстающий α 105 |
|
199 |
|
Условие согласования управления |
|||
|
|||
в РВП 172 |
|
|
|
Условия перевода в режим |
|
||
зависимого инвертора 130 |
|
||
Фильтр выпрямителя сглаживающий |
|
||
активный 36 |
|
|
|
индуктивный 69 |
|
|
|
емкостный 79 |
|
|
|
комбинированный 127 |
|
||
Функция коммутационная: |
|
||
вентиля ψв 38 |
|
|
|
преобразователя ψп |
39 |
|
|
Характеристика: |
|
|
|
вольт-амперная
•симистора 23
•тиристора 23
•транзистора 29 выпрямителя
•внешняя 116
•регулировочная 107
•энергетическая 159 зависимого инвертора
•входная 130
•ограничительная 133
•регулировочная 132
201
Министерство образования Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
=====================================================
Г.С. ЗИНОВЬЕВ
ОСНОВЫ СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ
Часть 2
НОВОСИБИРСК
2000
1
УДК 621.314.2 (075.8) З-635
Рецензенты: д-р техн. наук, проф. В.З. Манусов,
проф. Е.А. Подъяков
Работа выполнена на кафедре промэлектроники для студентов III – IV курсов
ФЭН, ЭМФ, РЭФ
Зиновьев Г.С.
З 635 Основы силовой электроники: Учебник. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000. – Ч. 2 – 197 с.
ISBN 5-7782-0323-3
Вторая часть учебника, являясь продолжением первой части, изданной в 1999 г., посвящена изложению базовых схем преобразователей постоянного напряжения в постоянное, постоянного – в переменное (автономные инверторы), переменного напряжения в переменное напряжение неизменной или регулируемой частоты. Материал также структурирован в соответствии с принципом «четыре в одном» по четырем уровням доступности изложения: два уровня для «неспециалистов» по силовой электронике и два уровня для «специалистов» по силовой электронике. Основным методом анализа энергетических характеристик преобразователей является прямой метод.
ISBN 5-7782-0323-3 |
УДК 621.314.2 (075.8) |
|
© Зиновьев Г.С., 2000 г. |
|
© Новосибирский государственный |
|
технический университет, 2000 г. |
2
О Г Л А В Л Е Н И Е |
|
Предисловие .................................................................................................................... |
7 |
1. Преобразователи постоянного напряжения в постоянное .................................... |
9 |
1.1. Широтно-импульсные преобразователи (ШИП) |
|
постоянного напряжения .................................................................................... |
9 |
1.1.1. Схемы широтно-импульсных преобразователей ................................. |
9 |
1.1.2. Характеристики ШИП при реальных параметрах |
|
элементов ............................................................................................... |
15 |
1.1.3. Достоинства и недостатки широтно-импульсных |
|
преобразователей.................................................................................... |
19 |
1.2. Преобразователи с управляемым обменом энергии |
|
между реактивными элементами схемы ......................................................... |
20 |
1.2.1. Повышающий преобразователь ............................................................ |
20 |
1.2.2. Повышающе-понижающие преобразователи ...................................... |
24 |
1.2.2.1. «Инвертирующий» преобразователь ..................................... |
24 |
1.2.2.2. Преобразователь Кука ............................................................. |
28 |
1.2.3. Преобразователи с трансформаторной развязкой |
|
входа и выхода ....................................................................................... |
31 |
1.2.3.1. Обратноходовой преобразователь .......................................... |
31 |
1.2.3.2. Прямоходовой преобразователь ............................................. |
32 |
1.3.* Преобразователи с использованием резонансных явлений |
|
LC-контуров ...................................................................................................... |
32 |
1.3.1. Квазирезонансный понижающий преобразователь |
|
с переключением при нулевом токе (КРП-ПНТ) ............................... |
34 |
1.3.2. Квазирезонансный понижающий преобразователь |
|
с переключением при нулевом напряжении (КРП-ПНН) ................. |
37 |
1.4.* Преобразователи с дозированной передачей энергии |
|
в нагрузку .......................................................................................................... |
39 |
1.5.* Метод осреднения переменных состояния .................................................... |
43 |
Вопросы к главе 1 ......................................................................................................... |
49 |
3
2. Преобразователи постоянного напряжения в переменное – |
|
автономные инверторы ............................................................................................ |
50 |
2.1. Инверторы тока .................................................................................................. |
51 |
2.1.1. Параллельный инвертор тока ............................................................... |
52 |
2.1.2. Развитие схемотехники инверторов тока ............................................ |
57 |
2.1.2.1. Последовательно-параллельный инвертор тока ................... |
57 |
2.1.2.2. Инвертор тока с отсекающими вентилями ............................ |
57 |
2.1.2.3. Инвертор тока с выпрямителем обратного тока ................... |
60 |
2.1.2.4. Инвертор тока с тиристорно-реакторным |
|
регулятором ............................................................................ |
62 |
2.1.2.5.* Инвертор тока с широтно-импульсным способом |
|
формирования кривой выходного тока ............................... |
64 |
2.1.3. Заключительные замечания по инверторам тока................................. |
66 |
2.2. Резонансные инверторы .................................................................................... |
66 |
2.2.1. Параллельный и последовательно-параллельный |
|
резонансные инверторы с закрытым входом .................................... |
67 |
2.2.2. Резонансные инверторы с открытым входом ...................................... |
68 |
2.2.2.1. Классические схемы последовательных |
|
резонансных инверторов (без обратных |
|
вентилей).................................................................................... |
68 |
2.2.2.2. Резонансные инверторы с вентилями |
|
обратного тока........................................................................... |
69 |
2.2.3.* Резонансные инверторы с умножением частоты .............................. |
79 |
2.2.3.1. Инвертор с удвоением частоты .............................................. |
79 |
2.2.3.2. Многоячейковые инверторы ................................................... |
81 |
2.2.4. Резонансный инвертор класса Е ........................................................... |
82 |
2.2.5. Заключительные замечания по резонансным |
|
инверторам.............................................................................................. |
83 |
2.3. Инверторы напряжения ..................................................................................... |
84 |
2.3.1. Однофазные инверторы напряжения.................................................... |
84 |
2.3.2. Базовые схемы трехфазных инверторов напряжения ........................ |
91 |
2.3.2.1. Трехфазный мостовой инвертор ............................................. |
91 |
2.3.2.2. Трехфазный инвертор напряжения на базе |
|
трех однофазных мостовых схем ......................................... |
101 |
2.3.3. Трехуровневый трехфазный инвертор ............................................... |
103 |
2.3.4. Пятиуровневые и m-уровневые инверторы напряжения ................. |
105 |
Вопросы к главе 2 ....................................................................................................... |
107 |
4
3. Регуляторы переменного напряжения .................................................................. |
108 |
3.1. Классификация регуляторов переменного напряжения............................... |
108 |
3.2. Регуляторы с фазовым способом регулирования ......................................... |
109 |
3.2.1. Базовые схемы регуляторов ................................................................ |
109 |
3.2.2. Основные характеристики регуляторов ............................................ |
111 |
3.3. Регуляторы с вольтодобавкой ........................................................................ |
113 |
3.4. Регуляторы с широтно-импульсным способом регулированием ............... |
115 |
3.4.1. Базовые схемы и способы регулирования ......................................... |
118 |
3.4.2. Основные характеристики регуляторов .................................................. |
|
3.5.* Регуляторы с коэффициентом преобразования по напряжению |
|
больше единицы (повышающие и повышающе-понижающие |
|
регуляторы) ..................................................................................................... |
121 |
3.5.1. Схемы регуляторов .............................................................................. |
121 |
3.5.2. Основные характеристики регуляторов ............................................ |
124 |
Вопросы к главе 3 ....................................................................................................... |
129 |
4. Преобразователи переменного тока в переменный – |
|
преобразователи частоты ....................................................................................... |
130 |
4.1. Непосредственные преобразователи частоты на вентилях |
|
с неполным управлением ............................................................................... |
131 |
4.1.1. Принцип действия преобразователя .................................................. |
131 |
4.1.2. Основные характеристики преобразователя ..................................... |
136 |
4.2. Непосредственные преобразователи частоты на вентилях |
|
с полным управлением и циклическим методом формирования |
|
кривой выходного напряжения ..................................................................... |
140 |
4.2.1. Принцип действия преобразователя .................................................. |
140 |
4.2.2. Основные характеристики преобразователя ..................................... |
143 |
4.3.* Непосредственные преобразователи частоты с коэффициентом |
|
преобразования по напряжению больше единицы (повышающие |
|
циклоконверторы) .......................................................................................... |
146 |
Вопросы к главе 4 ....................................................................................................... |
150 |
5. Вентильные компенсаторы неактивных составляющих полной |
|
мощности ................................................................................................................. |
151 |
5.1. Компенсаторы реактивной мощности ........................................................... |
151 |
5.1.1. Конденсаторы, коммутируемые тиристорами (ККТ) ....................... |
151 |
5.1.2. Реакторы, управляемые тиристорами (РУТ) ..................................... |
152 |
5.1.3. Конденсаторно-реакторные компенсаторы реактивной |
|
мощности (КРК) .................................................................................. |
154 |
5.1.4. Компенсаторы с вентильным источником реактивного |
|
напряжения........................................................................................... |
155 |
5.2. Компенсаторы мощности искажений – активные фильтры ........................ |
157 |
Вопросы к главе 5 ....................................................................................................... |
160 |
5
6. Методы и системы управления вентильными преобразователями ................... |
161 |
6.1. Требования к системам управления ............................................................... |
161 |
6.2. Многоканальная синхронная разомкнутая система управления |
|
«вертикального» типа..................................................................................... |
164 |
6.2.1. Структура системы .............................................................................. |
164 |
6.2.2. Передаточные характеристики системы ............................................ |
166 |
6.3. Одноканальная синхронная система управления вертикального типа....... |
170 |
6.4. Одноканальная асинхронная система управления |
|
непрерывного слежения ................................................................................. |
171 |
6.5. Особенности управления некоторыми видами преобразователей |
|
на вентилях с неполным управлением ......................................................... |
175 |
6.6. Особенности управления преобразователями с широтно-импульсным |
|
регулированием ............................................................................................... |
177 |
6.6.1. Системы с вертикальным способом управления............................... |
177 |
6.6.2. Системы со следящим способом управления. ................................... |
180 |
6.7.Особенности управления преобразователями на вентилях
сполным управлением с синусоидальной широтно-импульсной
модуляцией....................................................................................................... |
182 |
6.7.1. Системы вертикального управления с формированием |
|
фазных напряжений трехфазного инвертора..................................... |
183 |
6.7.2. Системы управления с регулированием компонентов |
|
обобщенного вектора напряжения (тока)........................................... |
187 |
6.7.3. Системы управления инверторами со слежением ............................. |
187 |
за токами................................................................................................ |
191 |
Вопросы к главе 6 ....................................................................................................... |
192 |
Литература ................................................................................................................... |
194 |
Предметный указатель................................................................................................. |
196 |
6