Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СИЛОВЫЕ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Учебное пособие

Рассмотрены принципы построения, расчет и проектирование, характеристики и параметры полупроводниковых преобразователей электроэнергии для промышленных установок. Освещены вопросы математического моделирования вентильных преобразователей с использованием программы Electronics Workbench. Приведены варианты домашних заданий, рекомендации по их выполнению. Даются задания по курсовой работе и методические указания по ее выполнению.

Учебное пособие предназначено для студентов специальности 140610 «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений», выполняющих курсовую работу по силовой электронике, и студентов смежных специальностей, связанных с использованием и разработкой вентильных преобразователей электрической энергии.

Введение

Из всех видов энергии наиболее широкое применение в настоящее время имеет электрическая энергия, сочетающая в себе уникальные свойства: высокую концентрацию мощности при производстве, способность безграничного деления при потреблении, экологичность, плавность регулирования по заданному алгоритму, гибкость применения во всех видах производства. Преобладающая часть электрической энергии производится на тепловых, гидравлических и атомных электростанциях в виде трёхфазного переменного напряжения частотой 50 Гц. Переменный ток находит широчайшее применение на промышленных предприятиях, в сельском хозяйстве и быту.

Однако в ряде областей техники нельзя обойтись без постоянного тока или тока нестандартной частоты. Основными потребителями такого тока являются предприятия электрометаллургии и электрохимии, промышленный и транспортный электропривод, линии электропередачи, сварочные и электростатические установки. До недавнего времени в качестве преобразователей тока и частоты применялись преимущественно двигатель-генераторы, имеющие значительную массу и габариты, низкий КПД, большой уровень акустического шума. В настоящее время постоянный ток получают непосредственным выпрямлением переменного тока с помощью полупроводниковых вентилей. Современные выпрямительные агрегаты представляют собой устройства, содержащие непосредственно выпрямитель, систему управления, устройства защиты и охлаждения силовых вентилей. В зависимости от назначения и области применения к выпрямительным агрегатам предъявляют различные требования по выходным параметрам, электрическим показателям, массе, габаритам, стоимости и др.

В предлагаемом учебном пособии рассмотрены вопросы, связанные с изучением, расчётом, математическим моделированием, проектированием и применением вентильных преобразователей электроэнергии в промышленности. что соответствует содержанию подготовки инженера в рамках направления «Электроника, электромеханика и электротехнологии», утверждённого Министерством образования Российской Федерации. Пособие может быть использовано студентами указанной специальности при курсовом и дипломном проектировании, проработке лекционного материала, в учебно-исследовательских и научно-исследовательских работах, а также студентами смежных специальностей, связанных с использованием и разработкой полупроводниковых преобразователей электрической энергии.

1. Основные характеристики и схемы выпрямительных агрегатов

1.1. Общие сведения

Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии переменного тока в постоянный. Необходимость в таком преобразовании возникает, когда питание потребителя осуществляется постоянным током, а источником электрической энергии является переменный ток, например промышленная сеть частотой 50 Гц. Современные выпрямители представляют собой комплектные устройства, содержащие собственно выпрямитель, систему управления, устройства защиты, сигнализации и охлаждения. Их используют для питания электролизных установок цветной и химической промышленности, дуговых вакуумных и графитных печей, установок для электрохимической обработки металлов, регулируемых электроприводов прокатных станов и стан­ков, цеховых сетей постоянного тока, от которых питаются электроприводы, не требующие регулирования подводимого к ним напряжения (табл.1.1), устройств энергоснабжения и электрической тяги железнодорожного и городского транспорта, установок контактной сварки, электростатических промышленных установок, электронного оборудования, средств связи, бытовых приборов. Постоянный ток передают по линиям электропередачи на большие расстояния при высоком напряжении.

Таблица 1.1

Характеристика выпрямительных и преобразовательных установок

Назначение	Ток, кА	Напряжение, В	Регулирование выпрямленного напряжения
Питание электролизных производств Питание дуговых вакуумных печей Питание графитных пе­чей Электрохимическая обработка металлов и гальваностегия Питание электрифицированного транспорта Питание цеховых сетей постоянного тока	12,5…250 12,5…37,5 25…200 0,1…25 0,5…3,2 1…4	75, 115, 150, 300, 450, 600,850 75 150, 300 6, 12, 24, 48 275, 600, 825, 1650, 3300 230, 460	Требуется То же -//- -//- Не требуется То же

В качестве преобразователей переменного тока в постоянный используют выпрямительные агрегаты, состоящие из трансформаторов, выпрямительных блоков и другого, как правило, комплектного оборудования.