- •Основы энергетической электроники
- •Попов и. И. Основы энергетической электроники: Учеб. Пособие.- Йошкар-Ола: МарГу, 2003
- •1.1 Принципы построения преобразователей
- •1.2 Классификация преобразователей.
- •2.2 Физические основы и конструкция полупроводниковых приборов
- •2.3 Устройство и характеристики полупроводникового диода
- •2.4 Принцип работы и конструкция тиристора
- •2.5. Устройство и характеристики симистора
- •2.6 Электрические свойства полупроводниковых вентилей
- •2.7. Включение управляющего вентиля по цепи управления
- •2.8. Процессы при переключениях.
- •2.9. Процессы при выключении тиристоров.
- •Лекция 3: Силовые преобразователи электроэнергии
- •3.1 Общие сведения.
- •3.2 Однофазный однополупериодный выпрямитель
- •3.2.1 Работа на активную нагрузку
- •3.2.2 Работа на активно-индуктивную нагрузку
- •Р ис. 3.3. Однофазный однополупериодный выпрямитель при активно - емкостной нагрузке (а) и временные диаграммы его работы, (б)для идеального выпрямителя, (в)для реального выпрямителя
- •3.2.3 Работа однофазного однополупериодного выпрямителя на активно-емкостную нагрузку
- •3.2.4 Работа на противоЭдс
- •3.2.5 Схема с шунтирующим (нулевым) диодом
- •3.2.6 Схемы выпрямления с удвоением и учетверением напряжения
- •3.3 Двухполупериодные выпрямители
- •3.3.1 Работа на активную нагрузку
- •3.3.2 Работа выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку.
- •3.3.3 Работа выпрямителя при активно-емкостной нагрузке.
- •3.3.4 Схемы c «нулевым» диодом и мостовые несимметричные (полууправляемые) схемы.
- •3.4 Внешние нагрузочные характеристики выпрямителей.
- •3.5 Коммутационные процессы в выпрямителях.
- •3.6 Трехфазный выпрямитель с нулевым выводом.
- •3.7 Трехфазный мостовой выпрямитель
- •3.8. Составные (комбинированные) многоимпульсные выпрямители.
- •3.9. Принцип работы параллельного инвертора тока
- •3.10 Назначение и принцип действия однофазного ведомого сетью инвертора.
- •3.11 Принцип работы последовательного резонансного автономного инвертора.
- •3.12 Принцип работы преобразователя постоянного напряжения.
- •3.13 Мостовая схема импульсного преобразователя постоянного напряжения.
- •3.14 Реверсивный иппн.
- •3.15 Однофазные регуляторы переменного напряжения.
- •3.15.1. Фазовый метод регулирования переменного напряжения.
- •3.15.2. Широтно-импульсный метод регулирования переменного напряжения.
- •4.Высшие гармоники при работе преобразователей. Показатели работы преобразователей
- •4.1 Цель и задачи главы
- •4.2. Преобразователи большой и средней мощности
- •4.3 Преобразователи малой мощности
- •4.4 Трансформаторы для преобразователей.
- •4.5 Способы уменьшения влияния преобразователей на систему электроснабжения
- •4.5.1. Искажения напряжения в точке подключения преобразователя
- •4.5.2. Влияние преобразователей на сеть при отсутствии компенсирующих конденсаторов
- •4.5.3.Компенсация с помощью конденсаторных батарей
- •4.5.4. Компенсация с помощью резонансных контуров
- •4.6. Коэффициент полезного действия
- •4.7. Реактивная мощность. Коэффициент мощности
- •4.8. Компенсация реактивной мощности
- •4.8.1 Регулируемые с помощью тиристоров конденсаторные батареи
- •4.8.2. Реакторно - тиристорные компенсаторы
- •4.8.3 Компенсаторы реактивной мощности на основе преобразователей с принудительной коммутацией
- •5. Особенности эксплуататции силовых преобразователей.
- •5.1. Надежность силовых преобразователей. Общие понятия.
- •5.2. Вероятность отказа силовых полупроводниковых приборов
- •5.3. Надежность функционирования силовой части преобразователей
- •Потеря управляемости вентилем.
- •Сбои в системе управления
- •Другие аспекты надежности сп
- •5.4. Условия эксплуатации преобразователей
- •Питание силовой части преобразователей от сети переменного тока.
- •Питание силовой части преобразователей от сети постоянного тока.
- •Условия окружающей среды.
- •Эксплутационные режимы и классы нагрузки.
- •6. Защита от перенапряжений и сверхтоков.
- •6.1. Защита от перенапряжений.
- •6.2. Виды защиты от перенапряжений.
- •Защита от перегрузок по току
- •6.3. Аварийные режимы
- •6.4. Защита от сверхтоков на основе быстродействующих предохранителей
- •6.5. Анализ эффективности предохранительной и других защит полупроводниковых приборов
- •6.6. Пример выбора средств защиты преобразователя.
- •6.7. Быстродействующие выключатели.
- •6.8. Защитное отключение с помощью системы управления.
- •6.9. Датчики аварийных режимов. Датчики тока.
- •Номера элементов аналогичные рис. 6.19; h - напряжённость магнитного поля; нумерация на выносных осциллограммах следующая: 1, 2 - первый и второй возбуждающие лазерные импульсы; фэ - фотонное эхо
- •6.10. Магнитный усилитель
- •7. Лабораторный практикум
- •7.1 Однофазные выпрямители со сглаживающими фильтрами
- •7.1.1. Цель работы:
- •7.1.2. Приобретаемые навыки:
- •7.1.3. Меры безопасности:
- •7.1.4. Принцип работы
- •7.1.5. Описание лабораторного стенда
- •7.1.6. Порядок выполнения работы
- •7.1.7. Содержание отчета:
- •7.1.8. Контрольные вопросы:
- •7.2 Управляемый тиристорный выпрямитель
- •7.2.1. Цель работы:
- •7.2.2. Приобретаемые навыки:
- •7.2.3. Меры безопасности:
- •7.2.4. Принцип работы
- •7.2.5. Описание лабораторного стенда
- •7.2.7. Содержание отчета:
- •7.2.8. Контрольные вопросы:
- •7.3 Трехфазные выпрямители
- •7.3.1. Цель работы:
- •7.3.2. Приобретаемые навыки:
- •7.3.3. Меры безопасности:
- •7.3.4. Принцип работы
- •7.3.5. Описание лабораторного стенда
- •7.3.6. Порядок выполнения работы:
- •7.4 Параллельный инвертор тока
- •7.4.4. Принцип работы
- •7.4.5. Описание лабораторного стенда.
- •7.4.6. Порядок выполнения работы:
- •7.5 Реверсивный широтно - импульсный преобразователь постоянного напряжения (риппн) на полностью управляемых тиристорах.
- •7.5.3. Меры безопасности
- •7.5.4. Принцип работы
- •7.5.5. Описание компьютерной модели риппн
- •7.5.6. Контролируемые и снимаемые параметры преобразователя.
- •7.5.7 Порядок выполнения работы.
- •7.5.8. Отчет должен содержать:
- •7.5.9. Контрольные вопросы.
- •7.6. Однофазные регуляторы переменного напряжения.
- •7.6.1. Цель лабораторной работы:
- •7.6.2. Приобретенные навыки
- •7.6.3. Меры безопасности
- •7.6.4. Принцип работы рпн.
- •Описание компьютерной модели рпн.
- •7.6.6. Порядок выполнения лабораторной работы.
- •7.6.7. Содержание отчета
- •7.6.8. Контрольные вопросы
- •7.7. Однофазный ведомый сетью инвертор (овси)
- •7.7.1. Цель лабораторной работы:
- •7.7.2. Приобретенные навыки
- •7.7.3. Меры безопасности
- •7.7.4. Принцип работы.
- •7.7.5. Описание компьютерной модели овси.
- •7.7.6.Порядок выполнения работы
- •7.7.7. Содержание отчета.
- •7.7.8. Контрольные вопросы
- •7.8 Последовательный автономный резонансный инвертор (аир)
- •7.8.1. Цель лабораторной работы:
- •7.8.2. Приобретенные навыки
- •7.8.3. Меры безопасности
- •7.8.4. Принцип работы.
- •7.8.5. Описание компьютерной модели аир.
- •7.8.6. Порядок выполнения лабораторной работы.
- •7.8.7. Содержание отчета.
- •7.8.8. Контрольные вопросы
- •8. Практикум по решению задач
- •8.1 Тепловые характеристики полупроводниковых вентилей
- •8.2 Расчет управляемой мостовой схемы выпрямителя
- •8.3 Расчет трехфазного мостового выпрямителя
- •8.4 Расчет автономного инвертора.
- •8.5 Основные показатели и характеристики регуляторов
- •8.6 Влияние преобразователей на питающую сеть
- •Литература
3.8. Составные (комбинированные) многоимпульсные выпрямители.
Выпрямители с большим числом пульсаций (p = 12,24 и т.д.) выполняются с использованием нескольких шестипульсных схем (чаще всего мостовых), которые при низких напряжениях соединяются параллельно, а при высоких - последовательно.
При параллельном включении мостовых схем (рис 3.32, а) вторичные обмотки трансформатора соединяются в треугольник и звезду, так чтобы обе вентильные группы ВГ1 и ВГ2 питаются от двух трёхфазных систем, напряжения которых сдвинуты друг относительно друга на угол 300. Уравнительный реактор УР воспринимает разность мгновенных значений выпрямленных напряжений ud1 и ud2, обеспечивая тем самым параллельную работу обеих вентильных групп. При этом из выпрямлённого напряжения исключаются гармоники порядка 6, 18, 30 и т.д., так же как и гармоники порядка 5, 7, 11, 13 и т.д. из кривой потребляемого от сети тока (см. §§ 4.2-4.5), так что схема работает в 12-пульсном режиме. Коэффициент пульсаций вследствие этого составляет q=0,011, т.е. не более 1,1%. Форма потребляемого от сети тока максимально приближена к синусоиде.
П оследовательное соединение двух трёхфазных мостов ВГ1 и ВГ2 показано на рис. 3.32, б. Эта схема особенно выгодна при относительно высоких (свыше 800 В) напряжениях. Она работает, как и схема с параллельным включением выпрямительных мостов, в 12-пульсном режиме. Отличие состоит только в том, что выпрямлённое напряжение в 2 раза выше, а выпрямленный ток в 2 раза меньше, чем при параллельном соединении и одинаковых силовых элементов.
Рис. 3.32. Схемы 12-пульсных выпрямителей
Два 12-пульсных выпрямителя, каждый из которых состоит из двух трехфазных мостов, при питании от трехфазной системы напряжений через трансформатор, имеющий сдвиг по фазе векторов напряжений одноименных фаз вторичных обмоток по фазе векторов напряжений одноименных фаз вторичных обмоток по фазе на угол 150, работают в 24-пульсном режиме. При этом выходы обоих преобразователей соединяются параллельно через третий уравнительный реактор. Аналогично можно получить 36-пульсных режим при помощи трех 12-пульсных выпрямителей.
Выпрямители с большим числом пульсности схемы имеют малые пульсации выпрямленного напряжения и незначительные искажения потребляемого тока. Однако некоторая не симметрия в управлении, обусловленная большим количеством вентилей, высокая стоимость и т.д. затрудняют реализацию указанных преимуществ на практике.
Расчетные величины для выпрямителей, рассмотренных в главе 3, приведены в табл.3.1.
Таблица 3.1
Расчётные величины для выпрямителей
№№
|
Наименование схемы |
Ток вентилей
|
Выпрямленое напряжение |
Среднее значение URRM/Udi 0 |
Действ. ток вентилей IV/Id |
|
|
Udi 0/U2 |
Коэф. пульсации q |
|
|
||
1
2 3 4
5 6
7
8
|
Однополупериодная с нулевым диодом Двухполупериодная нулевая 2-полупериодная мостовая 3-фазная нулевая с соединением вторичных обмоток в зигзаг 3-фазная мостовая Две трехфазные звезды со средней точкой и с уравнительным реактором 12-пульсная с параллельным соед. мостовых схем 12-пульсная с последовательным соед. мостовых схем |
0,5
0,5 0,5 0,33
0,33 0,17
0,17
0,33
|
0,45
0,90 0,90 1,17
2,34 1,17
2,34
2-2,34 |
1,21
0,48 0,48 0,19
0,042 0,042
0,011
0,011 |
3,14
3,14 1,57 2,09
1,045 2,09
1,045
1,05
|
0,71
0,71 0,71 0,58
0,58 0,29
0,29
0,58 |
В настоящее время промышленностью выпускаются преобразовательные устройства (20) типа ВАК 13 с номинальным выпрямленным напряжением от 75 до 850 В, номинальным выпрямленным током от 6,3 до 25 кА для питания электролизных ванн в цветной металлургии и химической промышленности с напряжением питающей сети 6 - 35 кВ. Для питания контактной сети городского электрифицированного транспорта с сетевым напряжением питающей сети 6 - 10 кВ выпускаются преобразователи типа ВАКЛЕ с номинальным выпрямленным напряжением 600 В и номинальным выпрямленным током 1000 и 2000 А. Питание контактной сети метрополитена осуществляется преобразователями типа УВКМ с напряжением 825 В и номинальным током 1600 и 3200 А. Для менее мощных потребителей выпускаются преобразователи типа ПАК с номинальным выпрямленным напряжением 24 В и номинальным током от 125 до 208 А. Промышленность также выпускает выпрямительные устройства типа ВА3 и УЗА с номинальным выпрямленным напряжением от 30 до 280 В и номинальным выпрямленным током от 32 до 250 А, которые применяются для зарядки аккумуляторных батарей и т.д. В электроэнергетике, например для плавки гололеда на линиях электропередачи, применяется выпрямительное устройство типа ВУКН с номинальным выпрямленным напряжением (регулируемым) 14 кВ и номинальным выпрямленным током 1200 А.