0

Міністерство освіти і науки України

Криворізький технічний університет

Лекції Імпульсні перетворювачі

Спеціальність:

6.050702 – Електричний транспорт

Кривий Ріг - 2011

Укладачі:

доктор технічних наук, професор Сінолиций Анатолій Пилипович

Кольсун В’ячеслав Анатолійович

ЗМІСТ

Список умовних позначень 3

Вступ 4

Лекція 1 Імпульсні регулятори сталої напруги на повністю керованих ключах [3] 6

1.1. Принцип імпульсного регулювання 6

1.2. Основні способи імпульсного регулювання 8

Лекція 2 Згладжування пульсацій імпульсної напруги [3] 16

Лекція 3 Підвищуючий регулятор напруги (boost converter, step-up converter) 27

3.1. Характеристики ідеального бустеру [2,3] 27

3.2. Регулювальні характеристики реальних бустерних перетворювачів [5] 32

Лекція 4 Інвертуючий імпульсний регулятор напруги (buck-boost converter) [2,3] 36

Лекція 5 Порівняння понижуючого та підвищуючого регуляторів з інвертуючим [2] 43

Лекція 6 Оцінка втрат у імпульсних регуляторах напруги [2] 49

6.1. Втрати та ККД понижуючого регулятора (схема 1) 50

6.2. Втрати та ККД підвищуючого регулятора 52

Лекція 7 Схема Чука 55

7.1. Використання дроселів з відпайками в схемах імпульсних регуляторів 56

Лекція 8 Характеристики та параметри силових ключів [1] 57

8.1. Вибір ключового елементу 57

Лекція 9 Зиновьев ч1 58

9.1. 1.3. ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ВЕНТИЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ 58

Лекція 10 Зиновьев часть 1 3.11. ВЫПРЯМИТЕЛИ НА ПОЛНОСТЬЮ УПРАВЛЯЕМЫХ ВЕНТИЛЯХ 59

Лекція 11 Зиновьев часть 2 1. Преобразователи постоянного напряжения в постоянное 60

11.1. 2.1.2.5.* Инвертор тока с широтно-импульсным способом формирования кривой выходного тока 60

11.2. 2.3. Инверторы напряжения 60

11.3. 3.4. Регуляторы с широтно-импульсным способом регулированием 60

Висновки 61

Список використаних джерел 62

Додаток 1 Енергетичні показники роботи неперевного прокатного стану 63

Список умовних позначень

АІН — автономний інвертор напруги;

АІС — автономний інвертор струму;

ВАХ — вольт-амперна характеристика;

ВД — вентильний двигун;

ВІД — вентильно-індукторний двигун;

ДПС — двигун постійного струму;

ЕРС — електрорушійна сила;

НС — неперервний струм;

ПП — перетворюючий пристрій;

ПС — перервний струм;

ПЧ — перетворювач частоти;

СД — синхронний двигун;

СЖ — система живлення;

ЧІР — частотно-імпульсне регулювання;

ШІМ — широтно-імпульсна модуляція;

ШІР — широтно-імпульсне регулювання;

BPT — BipolarPowerTransistor;

GCT — Gate Commutated Thyristor;

GTO — Gate-Turn-Off;

IGBT — Integrated Gate Bipolar Transistor;

IGCT — Integrated Gate Commutated Thyristor;

IPM — Intellectual Power Module;

MOSFET — Metal–Semiconductor– Field – Effect – Transistor;

SCR — Silicon Controlled Rectifier

thyristor=thyra(грецьк. двері)+resistor

transistor=transfer(переносити)+resistor

Вступ

Силові електронні пристрої широко застосовуються для перетворення та регулювання параметрів електричної енергії. Найчастіше вони є джерелами вторинного електроживлення споживачів електричної енергії і забезпечують їх електричною енергією з необхідними параметрами і відповідної якості. У процесі роботи споживачів електричної енергії дуже часто виникає необхідність регулювати кількість електричної енергії, що споживається, або підтримувати її на заданому рівні. Цього можна досягти за рахунок зміни величини напруги або струму, що подається на навантаження. Пристрої, які забезпечують регулювання струму або напруги на навантаженні, називають регуляторами.

Якщо первинним джерелом електричної енергії є мережа змінного струму, регулювати напругу на навантаженні можна за допомогою трансформатора, змінюючи його коефіцієнт трансформації. Практично це може бути реалізовано за рахунок трансформатора, вторинна обмотка якого має відпайки, або за допомогою автотрансформатора. При використанні трансформатора з відпайками регулювання напруги на навантаженні відбувається дискретно. Автотрансформатор дає можливість плавно регулювати напругу, але при цьому не забезпечується електрична розв’язка мережі живлення та навантаження. Крім того, трансформатор, як електромагнітний елемент, має значні габарити та вагу, особливо на частоті промислової мережі. При широкому діапазоні регулювання напруги ефективність використання трансформатора різко погіршується.

Іншим способом регулювання напруги є реостатне регулювання. Воно може застосовуватися як при змінній, так і сталій напрузі мережі. При такому способі регулювання між первинним джерелом електричної енергії і навантаженням включають регульований опір. При зміні величини цього опору відбувається перерозподіл напруги джерела живлення між регульованим опором і навантаженням. Головним недоліком такого способу регулювання є значні втрати енергії на регульованому опорі і, відповідно, невисокий ККД. Якщо регульований опір змінюється плавно, напруга на навантаженні також буде змінюватися плавно. Таке регулювання називається безперервним. Опір регулювального елемента може змінюватись дискретно (стрибкоподібно) від R_min→0 доR_min→∞ і навпаки. Такий регулюючий елемент подібний до ключа, що періодично перемикається із розімкненого стану в замкнений і навпаки. У цей же час відбувається регулювання потоку енергії, яка передається до навантаження. Таке регулювання називаютьсяімпульсним, а регулюючий елемент –керованим ключем. Головна перевага імпульсного методу регулювання – високий ККД. Опір ідеального ключа у замкненому стані дорівнює нулю. Отже, на ньому немає спаду напруги і, при будь-кому струмові, втрати потужності дорівнюють нулю. У розімкненому стані опір ідеального ключа є нескінченним. Отже, струм через ключ не протікає і при будь-якій прикладеній напрузі втрати потужності також дорівнюють нулю. Перехід ідеального ключа із замкненого стану в розімкнений і навпаки відбувається миттєво (t_{перемик.}=0). Отже і при перемиканні втрати потужності також відсутні. Електричне коло, яке складається з джерела живлення, ідеальних ключів і навантаження, має ККД=100%. У реальних силових пристроях, як керовані ключі використовують силові напівпровідникові прилади, які працюють у ключовому режимі. Ці прилади не є ідеальними ключами, оскільки мають кінцеве значення опору, як у ввімкненому стані, так і у вимкненому. Крім того, перехід з одного стану в інший відбувається також за кінцевий час. Тому ККД силових електронних пристроїв завжди менший за 100%, проте достатньо високий і, як правило, перевищує 80–90%. Тому імпульсні методи регулювання напруги та струму широко застосовуються в пристроях силової електроніки.