- •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
6.4. Защита от сверхтоков на основе быстродействующих предохранителей
Ток короткого замыкания на стороне сети переменного тока при описанных видах аварийных режимов изменяется во времени так, как показано на рис. 5.11.
Рис. 6.11. Кривая тока при коротком замыкании
По окончании переходного процесса устанавливается синусоидальный стационарный ток короткого замыкания с действующим значением Iк. Амплитуда возникающего во время аварии броска тока, а также действующее значение установившегося тока короткого замыкания существенно зависят от вида и момента аварии, а также от напряжения сети и действующего в контуре короткого замыкания сопротивления (индуктивность сети, индуктивность рассеяния трансформатора, индуктивность дополнительных токоограничи-вающих реакторов, включенных на входе преобразователя, и индуктивность сглаживающего реактора).
К важнейшим средствам защиты полупроводниковых приборов от токов короткого замыкания относятся специально разработанные быстродействующие предохранители. Когда в контуре, в котором последовательно с защищаемым полупроводниковым прибором включен предохранитель, возникает ток короткого замыкания, превышающий номинальный ток предохранителя, предохранитель начинает плавиться (интервал t0-t1, нa рис.6.11). Процесс плавления заканчивается к моменту t1,определяющему время плавления Тпл предохранителя. После этого между контактами предохранителя возникает электрическая дуга, ограничивающая ток короткого замыкания. После окончания интервала горения Тг (момент t2 ) контур тока короткого замыкания разрывается. Благодаря предохранителю ток короткого замыкания ограничивается на уровне Iкm, который должен быть меньше, чем предельный ударный ток тиристора. Показанные на рис.6.12 характеристики иллюстрируют токоограничивающую способность быстродействующего предохранителя.
Важным параметром предохранителя является значение защитного показателя (I2t),который является суммой интеграла плавления и интеграла горения дуги:
(6.1)
Значение защитного показателя предохранителя (I2t)п должно быть меньше значения интеграла предельного тока (защитного показателя) тиристора (I2t)т.
На рис. 6.12, б показаны зависимости защитного показателя I2t быстродействующего предохранителя в функции тока короткого замыкания. Необходимо отметить, что значение I2t зависит также от рабочего напряжения UB, действующего на предохранителе. Требуемое для данного предохранителя значение I2t будет выдержано, если ток короткого замыкания, как видно из рис. 6.12, б, не превысит определенного значения. Для этого следует применять дополнительный реактор на стороне переменного тока преобразователя.
Рис. 6.12. Характеристики плавких предохранителей:
а) характеристики, иллюстрирующие токоограничивающее действие быстродействующих предохранителей; Iк – установившийся ток короткого замыкания (действующее значение); Iкm – амплитуда тока короткого замыкания с предохранителем; параметр каждой зависимости – номинальный ток предохранителя;
б) защитный показатель (I2t) плавкого предохранителя в зависимости от тока короткого замыкания Iк при заданном рабочем напряжении UB; параметр каждой зависимости – номинальный ток предохранителя
Номинальный ток предохранителя должен быть больше, чем действующее значение протекающего через него в нормальном рабочем режиме тока. Из-за этого иногда необходимо снижать нагрузочную способность преобразователя по сравнению с нагрузочной способностью, определенной по параметрам тиристоров: в этих случаях не удается получать полного использования тиристоров по току. Если в мостовой схеме преобразователя предохранители включены в каждом плече моста, то есть последовательно с каждым тиристором, нагрузку преобразователя необходимо уменьшать почти всегда.
При наличии фазовых предохранителей, то есть при включении их между точками А'-А",В'-В",С"-С" не всегда требуется снижать нагрузку преобразователя по току, так как значение (I2t)п от места установки предохранителя не зависит, а действующее значение тока фазы для мостовой схемы в раз больше, чем действующее значение тока ветви.
При работе мостового преобразователя в инверторном режиме или при работе реверсивного преобразователя на противо-ЭДС, когда имеется опасность включения обоих тиристоров одной фазы, применение предохранителей в каждой фазе неизбежно.