- •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
3.9. Принцип работы параллельного инвертора тока
Параллельный инвертор тока предназначен для преобразования энергии сети постоянного тока в переменный. Схема параллельного инвертора тока с нулевым выводом представлена на рис. 3.33. Сглаживающий дроссель Ld, вводимый в цепь источника напряжения Еd, уменьшает пульсации входного тока id. В идеальном инверторе тока Ld=, и изменение тока id за период работы инвертора Т пренебрежительно мало. Поэтому говорят, что питание инвертора тока осуществляется от источника тока, в то время как идеальный инвертор напряжения питается от источника напряжения. Другим отличием инвертора тока является то, что он собран на одно-операционных тиристорах V1 и V2, т. е. на таких вентилях, которые могут отпираться с помощью управляемых импульсов, но запираются только при создании обратного напряжения на аноде. К таким вентилям относятся одно-операционные тиристоры. В рассматриваемой схеме запирание тиристоров V1 и V2 осуществляется с помощью коммутирующего конденсатора С1.
Рис. 3.33. Схема параллельного инвертора тока с нулевым выводом
Рис. 3.34. Временные диаграммы для инвертора тока с нулевым выводом
На управляющие электроды тиристоров V1 и V2 от блока управления подаются импульсы необходимой частоты, амплитуды и длительности, сдвинутые по фазе относительно друг друга на полпериода. Временные диаграммы для инвертора тока приведены на рис. 3.34.
В первоначальный момент времени при подаче напряжения от источника Еd обеспечивается приложение прямого напряжения к тиристорам V1 и V2. Положительный потенциал прикладывается по цепи Ld…W1…V1 и по цепи Ld…W2…V2, отрицательный потенциал – к катодам вентилей V1 и V2.Для открывания одного из тиристоров необходимо выполнить второе условие открывания тиристора – подать управляющий импульс с блока управления (БУ).
Предположим, что управляющий импульс подан на вентиль V1, который открывается, и через него течет ток по цепи +Еd…Ld…W1…V1…-Ed. Ток протекающий через полуобмотку W1 направлен справа налево. В индуктивности W1 происходит накопление энергии, полярность возникшей ЭДС определяется направлением тока и соответствует полярности подключения источника Ed через тиристор V1. Поскольку обмотки W1 и W2 намотаны в одном и том же направлении на один общий сердечник, причем число витков W1=W2, то при прохождении тока через W1 возникает ЭДС Ed и во второй полуобмотке W2 той же полярности. В целом на первичной обмотке трансформаторов W1+W2 возникает ЭДС, равная 2Ed. К этой обмотке подключен коммутирующий конденсатор С1, который будет заряжаться до величины 2Ed с той же полярностью. Появление потенциала 2Ed на конденсаторе означает, что к открытому тиристору V1 будет приложено обратное напряжение, равное Ed.
«-» обкладки конденсатора подключен непосредственно к аноду тиристора V1, а «+» обкладки конденсатора – к его катоду по цепи W1…Ld…Ed . Источник Ed включен встречно источнику ЭДС, снимаемой с конденсатора С1 и равной 2Ed, поэтому к тиристору прикладывается не 2Ed, а Ed. Появление запирающего потенциала на конденсаторе недостаточное условие для закрывания тиристора V1, он закроется, когда закончится управляющий импульс IуV1.
По окончании импульса IуV1 с БУ поступает импульс IуV2 на вентиль V2. Он открывается, и через него течет ток по цепи +Ed…Ld…W2…V2…-Ed. В этом случае ток через полуобмотку трансформатора течет слева направо. В полуобмотке W2 возникает ЭДС обратной полярности величиной Ed. Аналогично первому случаю в другой полуобмотке W1 возникает ЭДС той же величины и полярности. Суммарная ЭДС двух полуобмоток, равная 2Еd, прикладывается к конденсатору С1 с другой полярностью. Происходит перезаряд конденсатора, что обеспечит одно из условий закрывания тиристора V2. Тиристор закроется, когда прекратится импульс управляющего тока.
Таким образом, поочередная подача управляющих импульсов на тиристоры V1 и V2 обеспечивает ток в обмотке W3 трансформатора в двух направлениях, который трансформируясь, обеспечивает переменный ток в цепи нагрузки.
С уменьшением емкости конденсатора С1 и увеличением тока нагрузки инвертора длительность интервала , предоставляемого для включения тиристора V2, уменьшается. Поэтому емкость конденсатора С1 должна выбираться достаточной для обеспечения завершения процесса выключения тиристора, т.е. время tобр должно быть больше времени выключения тиристора tвыкл.
Амплитуда напряжения на конденсаторе С1 возрастает с уменьшением тока нагрузки инвертора, что объясняется избытком реактивной мощности, генерируемой конденсатором в области малых токов. Внешняя характеристика инвертора тока имеет резкий подъем в области малых токов нагрузки. Это является недостатком инвертора тока. Одним из способов ограничения напряжения на конденсаторе является введение обратного выпрямителя, который зажимами переменного тока присоединяется к вторичной обмотке трансформатора, а зажимами постоянного тока через сглаживающий дроссель – к источнику Ed. В такой схеме среднее значение напряжения на вторичной обмотке за полпериода поддерживается равным Ed.