МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

Е. М. Кузнецов, о. А. Лысенко силовая электроника

МОЩНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ ВЕНТИЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Учебное пособие

Омск

Издательство ОмГТУ

2014

УДК 621.38

ББК 31.264.5

К89

Кузнецов, Е. М.

К89 Силовая электроника. Мощные полупроводниковые приборы. Вентильные преобразователи электроэнергии : учеб. пособие / Е. М. Кузнецов, О. А. Лысенко. – Омск: 2014. – 113 с. : ил.

ISBN 978-5-8149-1383-8

Приведены описания, параметры и характеристики мощных ключевых полупроводниковых приборов и режимы работы силовых ключей. Рассмотрены преобразователи переменно-постоянного напряжения (выпрямители) и постоянно-переменного напряжения (ведомые инверторы). Представлены лабораторные работы, охватывающие основные разделы дисциплины «Силовая электроника». Даются задания на курсовое проектирование. Лабораторные работы подготовлены в системе схемотехнического проектирования Multisim 8.

Предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки бакалавриата 140400.62 «Электроэнергетика и электротехника».

Оглавление

1. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ MULTISIM 5

2. СИЛОВЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ 15

2.1. Общие сведения из теории 15

2.2. Лабораторная работа «ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ» 21

3. СИЛОВЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ТРАНЗИСТОРНЫЕ КЛЮЧИ 30

3.1. Общие сведения из теории 30

3.2. Лабораторная работа «ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТРАНЗИСТОРНЫХ КЛЮЧЕЙ» 38

4.ВЫПРЯМИТЕЛИ 54

4.1. Общие сведения из теории 54

4.2.Лабораторная работа «ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ДВУХТАКТНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ» 74

4.4. Лабораторная работа «ИССЛЕДОВАНИЕ УПРАВЛЯЕМОГО ТРЕХФАЗНОГО МОСТОВОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ» 94

5. ВЕДОМЫЕ ИНВЕРТОРЫ 103

5.1. Краткие сведения из теории 103

Регулировочные и внешние характеристики ведомого инвертора 105

Условия устойчивой работы инвертора 107

5.2. Лабораторная работа 108

Исследование трехфазного вентильного преобразователя 108

с нулевым выводом в режиме инвертирования 108

Указания к выполнению работы 108

Описание лабораторной установки и методики измерений 110

Домашняя подготовка 112

Рабочее задание 112

Содержание отчета 114

6. КУРСОВАЯ РАБОТА 116

Задания к курсовой работе 116

Задание 1 116

Задание 2 117

Задание 3 117

Задание 4 118

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 122

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 123

В последнее время произошли революционные изменения в области силовой электроники. Они связаны с появлением нового поколения мощных полупроводниковых приборовбыстродействующихMOSFET и IGBT-тран-зисторов, запираемых тиристоров и быстродействующих силовых диодов. Возможность коммутации токов до 2000 А и напряжений до 4,5 кВ на частотах до десятков килогерц делает применение этих приборов наиболее привлекательным в вентильных преобразователях электроэнергии.

Преобразователи такого рода обеспечивают получение электроэнергии разных видов и параметров и широко применяются на тяговых подстанциях, в регулируемом электроприводе, электрифицированном железнодорожном транспорте, возбудителях синхронных машин, на химических и алюминиевых предприятиях, в системах электроснабжения и т.д. Оснащение вентильных преобразователей электроэнергии современной элементной базой дает возможность существенно повысить их технико-экономические показатели при очень малой мощности управления.

Учебное пособие посвящено изучению нового поколения мощных полупроводниковых приборов; принципов действия, топологии, схем, методов расчета и проектирования преобразователей переменно-постоянного тока (выпрямителей) и преобразователей постоянно-переменного тока (ведомых инверторов). Большое внимание уделено схемотехническому моделированию преобразователей электроэнергии и их элементной базы, не получившему в настоящее время достаточного освещения в учебной литературе по силовой электронике. Схемотехническое моделирование реализуется в программной среде Multisim 8, отличающейся доступностью, легкостью освоения, простотой и удобством применения, богатой библиотекой современных мощных полупроводниковых приборов. В пособие включены также задания на курсовое проектирование и рекомендации для его выполнения.

Учебное пособие полностью соответствует содержанию разделов «Силовые полупроводниковые ключи», «Выпрямители» и «Инверторы, ведомые сетью» базовой дисциплины «Силовая электроника», предусмотренной ФГОС ВПО подготовки бакалавров по направлению 140400 «Электроэнергетика и электротехника», модуль «Электротехника». Цель настоящего учебного пособия предоставить студентам материал для изучения параметров и характеристик мощных полупроводниковых приборов, курсового проектирования, проработки лекций, учебно-исследовательских и научно-исследовательских работ. Пособие может быть полезно также для студентов смежных направлений, связанных с использованием и разработкой полупроводниковых преобразователей электрической энергии.