- •А. П. Маругин
- •1. Основные элементы силовых электронных устройств
- •1.1. Силовые электронные ключи
- •1.2. Силовые диоды
- •1.2.1. Статические характеристики диода
- •1.2.2. Динамические характеристики диода
- •1.2.3. Защита силовых диодов
- •1.2.4. Основные типы силовых диодов
- •1.3. Силовые транзисторы
- •1.3.1. Основные классы силовых транзисторов
- •1.3.2. Статические режимы работы транзисторов
- •1.3.3. Динамические режимы работы силовых транзисторов
- •1.3.4. Обеспечение безопасной работы транзисторов
- •1.4. Тиристоры
- •1.4.1. Принцип действия тиристора
- •1.4.2. Статические вольт-амперные характеристики тиристора
- •1.4.3. Динамические характеристики тиристора
- •1.4.4. Типы тиристоров
- •1.4.5. Запираемые тиристоры
- •2. Схемы управления электронными ключами
- •2.1. Общие сведения о схемах управления
- •2.2. Формирователи импульсов управления
- •2.3. Драйверы управления мощными транзисторами
- •3. Пассивные компоненты и охладители силовых электронных приборов
- •3.1. Электромагнитные компоненты
- •3.1.1. Гистерезис
- •3.1.2. Потери в магнитопроводе
- •3.1.3. Сопротивление магнитному потоку
- •3.1.4. Современные магнитные материалы
- •3.1.5. Потери в обмотках
- •3.2. Конденсаторы для силовой электроники
- •3.2.1. Конденсаторы семейства мку
- •3.2.2. Алюминиевые электролитические конденсаторы
- •3.2.3. Танталовые конденсаторы
- •3.2.4. Пленочные конденсаторы
- •3.2.5. Керамические конденсаторы
- •3.3. Теплоотвод в силовых электронных приборах
- •3.3.1. Тепловые режимы работы силовых электронных ключей
- •3.3.2. Охлаждение силовых электронных ключей
- •4. Принципы управления силовыми электронными ключами
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Фазовое управление
- •4.3. Импульсная модуляция
- •4.4. Микропроцессорные системы управления
- •5. Преобразователи и регуляторы напряжения
- •5.1. Основные виды устройств преобразовательной техники. Основные виды устройств силовой электроники символически изображены на рис. 5.1.
- •5.2. Трехфазные выпрямители
- •5.3. Эквивалентные многофазные схемы
- •5.4. Управляемые выпрямители
- •5.5. Особенности работы полууправляемого выпрямителя
- •5.6. Коммутационные процессы в выпрямителях
- •6. Импульсные преобразователи и регуляторы напряжения
- •6.1. Импульсный регулятор напряжения
- •6.1.1. Импульсный регулятор с шим
- •6.1.2. Импульсный ключевой регулятор
- •6.2. Импульсные регуляторы на основе дросселя
- •6.2.2. Преобразователь с повышением напряжения
- •6.2.3. Инвертирующий преобразователь
- •6.3. Другие разновидности преобразователей
- •7. Инверторы преобразователей частоты
- •7.1. Общие сведения
- •7.2. Инверторы напряжения
- •7.2.1. Автономные однофазные инверторы
- •7.2.2. Однофазные полумостовые инверторы напряжения
- •7.3. Трёхфазные автономные инверторы
- •8. Широтно-импульсная модуляция в преобразователях
- •8.1. Общие сведения
- •8.2. Традиционные методы шим в автономных инверторах
- •8.2.1. Инверторы напряжения
- •8.2.2. Трехфазный инвертор напряжения
- •8.3. Инверторы тока
- •8.4. Модуляция пространственного вектора
- •8.5. Модуляция в преобразователях переменного и постоянного тока
- •8.5.1. Инвертирование
- •8.5.2. Выпрямление
- •9. Преобразователи с сетевой коммутацией
- •10. Преобразователи частоты
- •10.1. Преобразователь с непосредственной связью
- •10.2. Преобразователи с промежуточным звеном
- •10.3.1. Двухтрансформаторная схема
- •10.3.3. Схема каскадных преобразователей
- •11. Резонансные преобразователи
- •11.2. Преобразователи с резонансным контуром
- •11.2.1. Преобразователи с последовательным соединением элементов резонансного контура и нагрузки
- •11.2.2. Преобразователи с параллельным соединением нагрузки
- •11.3. Инверторы с параллельно-последовательным резонансным контуром
- •11.4. Преобразователи класса е
- •11.5. Инверторы с коммутацией в нуле напряжения
- •12. Нормативы на показатели качества электрической энергии
- •12.1. Общие сведения
- •12.2. Коэффициент мощности и кпд выпрямителей
- •12.3. Улучшение коэффициента мощности управляемых выпрямителей
- •12.4. Корректор коэффициента мощности
- •13. Регуляторы переменного напряжения
- •13.1. Регуляторы напряжения переменного тока на тиристорах
- •13.2. Регуляторы напряжения переменного тока на транзисторах
- •Вопросы для самоконтроля
- •14. Новые методы управления люминесцентными лампами
- •Вопросы для самоконтроля
- •Заключение
- •Библиографический список
- •620144, Г. Екатеринбург, Куйбышева ,30
4. Принципы управления силовыми электронными ключами
4.1. Общие сведения
Системы управления разделяют на системы с регулированием по отклонению контролируемого параметра от заданного значения и по возмущению, вызывающему это отклонение. В силовых электронных устройствах (СЭУ) регулируемыми параметрами являются выходное напряжение и ток, возмущающими параметрами - входное напряжение источника питания и нагрузка [5].
На рис. 4.1, а приведены структурные СУ с регулированием по отклонению, реализованные на основе классического принципа отрицательной обратной связи ОС. Информация о значении выходной функции силовой части СЧ фиксируется датчиком Д и поступает в устройство для сравнения с заданным значением.
а б
Рис. 4.1. Структурные схемы систем управления: a-по отклонению; б-по возмущению
Сигнал рассогласования этих значений поступает в устройство управления УУ, которое восстанавливает заданное значение выходной функции с определенной точностью. Основным преимуществом этого принципа регулирования является то, что он обеспечивает работу устройства в статических режимах практически при всех видах возмущений, возникающих в устройстве, включая влияние изменений различных коэффициентов усиления, температуры и др.
На рис. 4.1, б представлена структурная схема, соответствующая принципу регулирования по возмущению. Если значение выходной функции непосредственно зависит от входной, то эта зависимость может быть устранена введением контура прямой связи ПС, содержащей блок компенсации БК. Выходной сигнал блока компенсации и эталонный сигнал задания поступают в управляющее устройство УУ, которое вырабатывает сигнал управления, обеспечивающий стабильность выходной функции. Такая система регулирования называется инвариантной, т. е. «безразличной» к воздействию возмущения.
Для расширения области инвариантности необходимо вводить контуры прямых связей с блоками коррекции также по другим видам возмущения. На практике такие связи вводят по основным явным возмущениям. Однако воздействие неучтенных возмущений нарушает стабильность контролируемого параметра. Контуры прямых связей повышают быстродействие и устойчивость системы. Поэтому при необходимости используют комбинированную систему, сочетающую принципы регулирования по отклонению и возмущению. В таких случаях контур обратной связи, обеспечивающий регулирование по отклонению, является более инерционным и имеет небольшой коэффициент усиления, так как выполняет функцию коррекции регулируемого параметра в установившихся режимах работы СЭУ.
Особенностью СЭУ как объектов управления является то, что процессы в них протекают под воздействием коммутации силовых ключей и имеют дискретный характер. Для переменных токов и напряжений в СЭУ используют фильтры, состоящие из реактивных элементов (индуктивных или емкостных). В общем случае силовую часть СЭУ можно представить в виде нелинейных ключевых элементов и линейных цепей из RLC-элементов (см. рис. 4.1). Методы управления СЭУ выбираются для каждого вида СЭУ с учетом его схемотехнического исполнения, режимов работы и требований к характеристикам основных параметров. По принципу управления системы управления СЭУ условно можно разделить на системы с фазовым и импульсным управлением.
Фазовое управление применяется в СЭУ, подключенных к сети переменною тока. В этом случае в качестве ключей используются тиристоры с естественной коммутацией. Системы с импульсным регулированием используются во всех видах преобразователей и регуляторов, выполненных на основе ключей с полной управляемостью — транзисторах, запираемых тиристорах и т.п.