Министерство образования Российской Федерации

Омский государственный технический университет

В. А. Костюк, А. О. Чугулёв

ОСНОВЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Курс лекций

Омск 2001

УДК 621.314

ББК 32.85

К 72

Рецензенты:

В. Г. Шахов, канд. техн. наук, профессор кафедры

«Автоматика и системы управления» ОмГУПС;

А. Г. Старинов, зав. сектором ЗАО «Автоматика-Э».

Костюк В. А., Чугулёв А. О.

К 72 Основы преобразовательной техники: Курс лекций. Омск:

Изд-во ОмГТУ, 2001. 52с.

Приведены основные схемы полупроводниковых преобразователей электрической энергии, даны их классификация, области применения и принцип действия при различных режимах работы и законах управления.

Для студентов электроэнергетических специальностей в качестве дополнительного материала при изучении дисциплин «Основы преобразовательной техники», «Энергетическая электроника», «Промышленная электроника».

 В. А. Костюк, А. О. Чугулёв, 2001.

 Омский государственный технический университет, 2001.

Введение

Преобразовательная техника – это раздел электротехники, предметом которого является изучение силовых полупроводниковых преобразователей электрической энергии.

Основной особенностью принципа действия устройств преобразовательной техники является ключевой режим работы силовых элементов, в качестве которых используют диоды, транзисторы, тиристоры. Применение импульсного режима работы позволяет использовать преобразователи в мощных системах (десятки, сотни киловатт), обеспечивая при этом высокие энергетические и массогабаритные показатели.

К основным типам полупроводниковых преобразователей относятся:

• неуправляемые и управляемые выпрямители, ведомые сетью инверторы;

• импульсные преобразователи постоянного и переменного напряжения;

• автономные инверторы;

• преобразователи частоты, числа фаз и т.д.

Регулируемые преобразователи содержат системы управления на базе устройств информационной электроники. Современные микропроцессорные системы управления позволяют реализовать самые эффективные режимы работы и законы регулирования преобразователей.

Устройства силовой электроники широко используются в промышленности, энергетике, на транспорте. Основными областями применения преобразователей являются регулируемый электропривод постоянного и переменного тока, источники для питания электротехнологических установок, источники бесперебойного питания, стабилизаторы постоянного и переменного напряжения.

В курсе лекций основное внимание уделено описанию принципа действия основных типов преобразователей при различных режимах работы и законах управления.

1. Выпрямители

1.1. Классификация и основные характеристики выпрямителей

Выпрямитель - это устройство, предназначенное для преобразо­вания переменного напряжения в постоянное.

Структурная схема выпрямителя (рис. 1.1) содержит следующие основ­ные функциональные элементы:

Тр – трансформатор, предназначен для согласования входного и выходного напряжений выпрямителя по величине, а также для обеспечения электрической развязки питающей сети от на­грузки;

В – блок вентилей, осуществляет собственно функцию выпрямле­ния, преобразуя переменное напряжение в пульси­рующее;

Ф – сглаживающий фильтр, предназначен для выделения постоян­ной составляющей выпрямленного напряжения;

СУВ – система управления выпрямителем (для управляемых вы­прямителей).

Рис. 1.1

Схемы выпрямителей могут быть классифицированы по сле­дующим основным признакам:

• по выходной мощности: малой, средней, большой мощности;

• по возможностям регулирования выходного напряжения: не­управляемые, управляемые;

• по числу фаз питающего напряжения: однофазные, трехфаз­ные;

• по способу преобразования питающего напряжения: одно­тактные, двухтактные.

К однотактным относят выпрямители, у которых ток по вто­ричным обмоткам трансформатора проходит в одном направлении. Однотактные выпрямители – это выпрямители с выводом нулевой (средней) точки трансформатора.

В двухтактных выпрямителях в каждой фазе вторичной об­мотки трансформатора ток проходит дважды за период в разных направлениях. Двухтактные выпрямители выполняют по мостовым схемам.

Основные характеристики выпрямителей:

• средние значения (постоянные составляющие) выпрямленного напряжения U_d и тока I_d;

• коэффициент пульсаций

,

где - амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения;

• коэффициент мощности

,

где P₁ – активная мощность первичной обмотки; S₁ – полная мощность первичной обмотки; γ – коэффициент искажения; φ₁ – угол сдвига фаз между напряжением сети и первой гармоникой тока первичной обмотки;

• коэффициент полезного действия

;

• внешняя характеристика

;

• регулировочная характеристика

,

где α – угол управления.

Для сравнительного анализа различных схем выпрямления используют понятие числа фаз выпрямления

m = pq,

где р – число фазных обмоток вторичной цепи трансформатора; q = 1 для однотактных схем; q = 2 для двухтактных схем.