Силовая преобразовательная техника

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

РАЗДЕЛ I. ВВОДНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Тема 1. Дисциплина «Силовая преобразовательная техника»

Рассматриваются цели и задачи изучения дисциплины «Силовая преобразовательная техника», ее роль и место среди других специальных дисциплин в процессе обучения студентов по специальности 53 01 05 «Автоматизированные электроприводы».

Тема 2. Элементная база силовой преобразовательной техники

Основные силовые полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры (обычные и запираемые), транзисторы (биполярные, полевые и IGBT); их основные параметры и характеристики, конструкции и обозначение типов.

Тема 3. Классификация полупроводниковых преобразователей электрической энергии (ППЭЭ)

Принципы построения полупроводниковых преобразователей. Структурная схема преобразователя. Понятие о полупроводниковых преобразователях переменного тока в постоянный, переменного тока в переменный, постоянного тока в постоянный, постоянного тока в переменный. Простые и сложные полупроводниковые преобразователи.

РАЗДЕЛ II. ВЫПРЯМИТЕЛИ

Тема 4. Классификация выпрямителей. Структурная схема выпрямителя

Назначение и классификация выпрямителей. Структурная схема выпрямителя и назначение ее элементов.

Тема 5. Однофазный однополупериодный выпрямитель

Анализ электромагнитных процессов при работе на активную и активноиндуктивную нагрузки. Основные соотношения для расчета электрических нагрузок силовых полупроводниковых приборов (СПП) и выбора элементов выпрямителя.

Тема 6. Однофазный мостовой симметричный выпрямитель

Анализ электромагнитных процессов при работе на активную и активноиндуктивную нагрузки. Основные соотношения для расчета электрических нагрузок СПП и выбора элементов выпрямителя.

Тема 7. Однофазный мостовой несимметричный выпрямитель

Анализ электромагнитных процессов при работе на активную и активно-индуктивную нагрузки. Основные соотношения для расчета электрических нагрузок СПП и выбора элементов выпрямителя.

381

Тема 8. Однофазный выпрямитель с регулированием напряжения на стороне переменного тока

Анализ электромагнитных процессов при работе на активную и активноиндуктивную нагрузки. Основные соотношения для расчета электрических нагрузок СПП и выбора элементов выпрямителя.

Тема 9. Несимметричные мостовые выпрямители с неполным диапазоном регулирования и регулированием напряжения на стороне постоянного тока

Принцип действия при работе на активную и активно-индуктивную нагрузки. Основные расчетные соотношения. Сравнительная оценка однофазных схем выпрямителей.

Тема 10. Трехфазный нулевой выпрямитель

Трехфазная нулевая схема выпрямителя как основа многопульсовых схем преобразователей. Анализ электромагнитных процессов при работе на активную и активно-индуктивную нагрузки. Основные соотношения для расчета электрических нагрузок СПП и выбора элементов выпрямителя.

Тема 11. Трехфазный мостовой выпрямитель

Трехфазная мостовая схема выпрямителя как пример последовательного соединения двух трехфазных нулевых схем. Анализ электромагнитных процессов при работе на активную и активно-индуктивную нагрузки. Основные соотношения для расчета электрических нагрузок СПП и выбора элементов выпрямителя.

Тема 12. Трёхфазный мостовой несимметричный выпрямитель

Анализ электромагнитных процессов при работе на активную и активно-индуктивную нагрузки. Основные соотношения для расчета электрических нагрузок СПП и выбора элементов выпрямителя. Сравнительная оценка однофазных и трехфазных схем выпрямителей.

Тема 13. Многопульсовые выпрямители

Двенадцатипульсовые выпрямители. Назначение, классификация. Двухмостовой выпрямитель последовательного типа. Анализ электромагнитных процессов, основные расчетные соотношения.

Тема 14. Коммутация тока вентилей в полупроводниковых выпрямителях

Анализ электромагнитных процессов в выпрямителях при наличии анодных индуктивностей. Коммутационное сопротивление.

Тема 15. Внешние характеристики и энергетические показатели выпрямителей

Уравнение внешней характеристики, ее построение. Определение границы прерывистого тока на внешних характеристиках. Полная мощность выпрямителя и ее составляющие, коэффициент мощности выпрямителя. Улучшение коэффициента мощности управляемых выпрямителей.

382

Тема 16. Пульсации на выходе выпрямителя

Методы определения и расчета пульсаций напряжения и тока в выпрямителях. Расчет и выбор параметров сглаживающих фильтров.

Тема 17. Аварийные режимы работы выпрямителей

Классификация аварийных режимов. Внешнее короткое замыкание на шинах выпрямленного тока. Короткое замыкание управляемых выпрямителей. Внутреннее замыкание управляемых выпрямителей. Внутреннее короткое замыкание трехфазного мостового выпрямителя.

Тема 18. Компенсированные и импульсные выпрямители

Основные понятия. Выпрямители с секторным регулированием. Выпрямители с импульсным регулированием.

РАЗДЕЛ III. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ (ППН)

Тема 19. Однофазный полупроводниковый ППН

Назначение, анализ электромагнитных процессов при работе на активную и активно-индуктивную нагрузки. Регулировочные характеристики ППН. Основные соотношения для расчета электрических нагрузок СПП и выбора элементов силовой схемы ППН.

Тема 20. Трехфазный полупроводниковый ППН

Назначение и применение трехфазных ППН. Анализ электромагнитных процессов при работе на активную и активно-индуктивную нагрузки. Основные соотношения для расчета электрических нагрузок СПП и выбора элементов силовой схемы ППН.

РАЗДЕЛ IV. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СИЛОВЫМИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ПРИБОРАМИ

Тема 21. Функции системы импульсно-фазового управления (СИФУ)

Функции и структурная схема системы импульсно-фазового управления (СИФУ). Классификация систем импульсно-фазового управления.

Тема 22. Типовые блоки СИФУ и их назначение

Принцип действия и построение вертикальной системы импульснофазового управления.

Тема 23. Регулировочная характеристика СИФУ

Понятие регулировочной характеристики СИФУ и ее построение.

383

Тема 24. Характеристики управления: СУ вентилями, ВК, УВ при пилообразном и косинусоидальном опорных напряжениях

Понятие характеристик управления: СУ вентилями, ВК, УВ; их расчет при различных видах опорного напряжения.

РАЗДЕЛ V. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ИМПУЛЬСНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Тема 25. Принудительная коммутация вентилей в преобразователе

Способы принудительной коммутации тиристоров в преобразователях. Принцип действия широтно-импульсного преобразователя с параллельной и последовательной емкостной коммутацией.

Тема 26. Последовательный нереверсивный преобразователь постоянного тока с широтно-импульсным управлением (ШИП)

Назначение, классификация полупроводниковых преобразователей постоянного напряжения с импульсным управлением. Нереверсивные и реверсивные преобразователи. Способы регулирования напряжения. Принцип действия и анализ электромагнитных процессов при работе на активную и активно-индуктивную нагрузки, основные расчетные соотношения.

Тема 27. Параллельный нереверсивный преобразователь постоянного тока с широтно-импульсным управлением

Назначение, анализ электромагнитных процессов при работе на активную и активно-индуктивную нагрузки, основные расчетные соотношения.

Тема 28. Реверсивный мостовой преобразователь с широтно-импульсным управлением (реверсивный ПШИУ)

Принцип действия и анализ электромагнитных процессов реверсивного мостового ПШИУ с различными способами коммутации ключей: диагональной, симметричной и несимметричной.

Тема 29. Структурная схема системы управления вентилями ШИП

Структурная схема и принцип действия системы управления преобразователем постоянного тока с импульсным управлением.

РАЗДЕЛ VI. АВТОНОМНЫЕ ИНВЕРТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ (АИН)

Тема 30. Классификация автономных инверторов

Назначение и виды автономных инверторов. Классификация автономных инверторов. Однофазные и трехфазные схемы автономных инверторов напряжения.

384

Тема 31. Однофазный инвертор с нулевой точкой трансформатора

Однофазные инверторы на полностью управляемых ключах (транзисторах). Принцип действия и анализ электромагнитных процессов в однофазном инверторе с нулевой точкой трансформатора, основные расчетные соотношения, достоинства и недостатки.

Тема 32. Однофазный полумостовой инвертор напряжения

Принцип действия и анализ электромагнитных процессов, основные расчетные соотношения, достоинства и недостатки.

Тема 33. Однофазный мостовой инвертор напряжения

Назначение, принцип действия и анализ электромагнитных процессов, основные расчетные соотношения, достоинства и недостатки.

Тема 34. Трехфазный мостовой АИН при формировании кривой выходного напряжения и λ = 180°

Принцип действия и анализ электромагнитных процессов в трехфазном АИН на полностью управляемых вентилях при работе на активную и активно-индуктивную нагрузки (φ>600 и φ<600 ).

Тема 35. Трехфазный мостовой АИН при формировании кривой выходного напряжения и λ = 120°

Тема 37. Однофазные инверторы на полууправляемых ключах

Принцип действия и анализ электромагнитных процессов в однофазном инверторе с нулевой точкой трансформатора с одноступенчатой межвентильной коммутацией, в однофазном мостовом инверторе с одноступенчатой коммутацией. Способы формирования и регулирования выходного напряжения.

Тема 38. Трехфазные АИН с искусственной коммутацией

Принцип действия и анализ электромагнитных процессов в трехфазном мостовом инверторе с двухступенчатой пофазной коммутацией.

Тема 39. Автономные инверторы напряжения с многократной коммутацией

Назначение и способы формирования кривой выходного напряжения инвертора. Принцип действия однофазного мостового инвертора напряжения с многократной коммутацией с использованием программного способа, путем широтно-импульсной модуляции и в замкнутой импульсной системе.

385

РАЗДЕЛ VII. ИНВЕРТОРЫ, ВЕДОМЫЕ СЕТЬЮ

Тема 40. Однофазные и трехфазные инверторы

Назначение инверторов, принцип действия однофазного мостового и трехфазного мостового ведомых сетью инверторов.

Тема 41. Характеристики и энергетические показатели инверторов

Регулировочная характеристика, входная (внешняя) характеристика, ограничительная характеристика, коэффициент мощности при инвертировании, аварийные режимы работы инверторов.

РАЗДЕЛ VIII. АВТОНОМНЫЕ ИНВЕРТОРЫ ТОКА (АИТ)

Тема 42. Однофазные АИТ

Назначение, принцип действия и анализ электромагнитных процессов в однофазном мостовом инверторе тока.

Тема 43. Трехфазные АИТ

Принцип действия и анализ электромагнитных процессов в трехфазном мостовом инверторе тока, основные расчетные соотношения.

РАЗДЕЛ IX. РЕЗОНАНСНЫЕ ИНВЕРТОРЫ

Тема 44. Последовательный резонансный инвертор

Назначение, принцип действия.

Тема 45. Параллельный резонансный инвертор

Назначение, принцип действия однофазного мостового параллельного резонансного инвертора.

РАЗДЕЛ X. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ

Тема 46. Непосредственный преобразователь частоты (НПЧ)

Принцип действия НПЧ и основные расчетные соотношения. Структурная схема системы управления НПЧ.

Тема 47. Двухзвенный преобразователь частоты

Принцип действия и основные расчетные соотношения. Структурная схема системы управления двухзвенным преобразователем частоты. Сравнительная оценка двухзвенного преобразователя частоты и НПЧ.

Тема 48. Многоуровневые преобразователи

Назначение, способы построения силовых цепей. Принцип действия и основные расчетные соотношения. Структурная схема системы управления многоуровневыми преобразователями.

386

ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Примерный перечень тем практических занятий

1.Расчет и выбор силовых полупроводниковых приборов выпрямителей по току и напряжению.

2.Расчет и выбор силовых элементов полупроводниковых преобразователей переменного напряжения (ППН).

3.Расчет и выбор силового трансформатора, элементов защиты силовых приборов преобразователей (анодного реактора, защитных R-С цепочек).

4.Расчет пульсаций тока и напряжения на выходе выпрямителей, расчет и выбор фильтров для сглаживания пульсаций на выходе выпрямителей.

5.Проектирование структурной и функциональной схем системы управления силовыми полупроводниковыми приборами.

6.Выбор типов аналоговых и цифровых ИМС для проектирования принципиальной электрической схемы системы управления преобразователем.

7.Электрический расчет функциональных элементов системы импульснофазового управления выпрямителя, ШИП.

8.Электрический расчет функциональных элементов системы импульснофазового управления инвертора.

9.Расчет регулировочных и внешних характеристик выпрямителей.

10.Расчет и выбор силовых элементов полупроводниковых преобразователей постоянного тока с импульсным управлением.

11.Расчет и выбор силовых элементов автономных инверторов на полностью и полууправляемых ключах.

Примерный перечень тем лабораторных работ

1.Моделирование и исследование однофазного однополупериодного выпрямителя.

2.Моделирование и исследование однофазных выпрямителей.

3.Моделирование и исследование трехфазных выпрямителей.

4.Моделирование и исследование одноключевых ШИП.

5.Моделирование и исследование тиристорных регуляторов напряжения.

6.Моделирование и исследование автономных инверторов напряжения.

Примерный перечень тем курсовых проектов

1.Проектирование нереверсивного выпрямителя.

2.Проектирование преобразователя переменного напряжения.

3.Проектирование импульсного преобразователя постоянного напряжения.

4.Проектирование автономного инвертора.

387

Перечень учебных изданий, рекомендуемых для изучения дисциплины «Силовая преобразовательная техника»

Основная литература

1.Бурков А.Т. Электронная техника и преобразователи / А.Т. Бурков. –

М.: Транспорт, 1999. – 464 с.

2.Силовая электроника: Учебник для вузов/ Розанов Ю.К. – М.: МЭИ,

2009. – 632 с.

3. Засорин С.Н. Электронная и преобразовательная техника / С.Н. Засорин, В.А. Мицкевич, К.Г. Кучма. – М.: Транспорт, 1981. – 319 с.

4.Розанов Ю.К. Основы силовой преобразовательной техники / Ю.К. Розанов. – М.: Энергия, 1979. – 392 с.

5.Розанов Ю.К. Основы силовой электроники / Ю.К. Розанов. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 295 с.

[и др.]. – М.: Academia, 2004. – 270 с.

Дополнительная литература

8.Забродин Ю.С. Промышленная электроника / Ю.С. Забродин. – М.: Высшая школа, 1982. – 496 с.

9. Полупроводниковые выпрямители / Под ред. Ф.Н. Ковалева и Г.П. Мостковой. – М.: Энергия, 1978. – 448 с.

10.Сен П. Тиристорные электроприводы постоянного тока / П. Сен. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 232 с.

11.Справочник по преобразовательной технике / Под ред. И.М. Чиженко.

– Киев: Техника, 1978. – 447 с.

12.Управляемый выпрямитель в системах автоматического управления / Под ред. А.Д. Поздеева. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 352 с.

13.Чебовский О.Г. Силовые полупроводниковые приборы: справочник / О.Г. Чебовский, Л.Г. Моисеев, Р.П. Недошивин. – М.: Энергоиздат,

1985. – 400 с.

14.Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 287 с.

15.Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0; Учебное пособие. – СПб.: КОРОНА принт.,2001. –320с.

16.Перельман Б.Л. Полупроводниковые приборы. Справочник / Б.Л. Перельман. – М.: Солон Микротех, 1996. – 452 с.

388