- •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
7.7.7. Содержание отчета.
- принципиальные схемы двух вариантов преобразователя;
- временные диаграммы для двух вариантов преобразователя;
- таблица 7.9;
- графики снятых зависимостей;
- выводы.
7.7.8. Контрольные вопросы
1. Каково назначение ведомого сетью инвертора?
2. Почему ток id протекает даже в интервале, когда E<U1 и E<U2?
3. Почему происходит отдача энергии источника Е в сеть переменного тока?
4. За счет чего обеспечиваются условия закрывания и открывания тиристоров?
5. Как противо-ЭДС влияет на ток потребляемый из сети постоянного тока?
6. Какой вид коммутации используется в ведомом сетью инверторe?
7. В чем сходство и различия между ведомым сетью инвертором и двухполупериодным
выпрямителем со средней точкой?
8. Почему в ведомых сетью инверторах используются тиристиры, а не электромеханические ключи?
9. Напряжение какой сети (постоянного или переменного тока) влияет на величину противо-ЭДС инвертора?
10. Сколько существует тактов работы тиристорного ведомого сетью инвертора, в какие такты преобразователь работает в режиме инвертора, а в какие - в режиме выпрямителя.
7.8 Последовательный автономный резонансный инвертор (аир)
7.8.1. Цель лабораторной работы:
Ознакомится с принципом работы автономного резонансного инвертора постоянного напряжения, научится визуально по тактам определять режимы работы инвертора, изучить значимость каждого элемента схемы инвертора, научиться находить экспериментально характеристики (АИР), научиться анализировать аналитически выражения, отражающие работу инвертора.
7.8.2. Приобретенные навыки
- Уметь работать с компьютерной моделью АИР в составе лабораторного комплекса по энергетической электронике.
- Уметь входить в программный лабораторный комплекс по энергетической электронике, выбирать нужный вид компьютерной модели преобразователя и выходить из программного комплекса.
- Научиться строить и анализировать характеристики АИР;
- Научиться делать выводы при анализе работы АИР.
7.8.3. Меры безопасности
- Перед началом работы убедиться в надежности заземления компьютера.
- При появлении боли в глазах или ухудшении самочувствия от работы с компьютером необходимо сделать перерыв не менее чем на 10 минут или совсем прекратить выполнение работы.
7.8.4. Принцип работы.
Принцип работы описан в § 3.15
7.8.5. Описание компьютерной модели аир.
Компьютерная модель АИР представлена в виде двух вариантов работы преобразователя и одного третьего варианта компьютерной модели АИР, моделирующего основные зависимости преобразователя.
Вариант первый работы АИР, содержит временные диаграммы и принципиальную схему, включающую источник постоянного тока Е, управляемые вентили VS1 – VS4, резонансный последовательный контур LC, контур из конденсатора С и индуктивностей нагрузки LН и добавочного дросселя L. Закрытые (непроводящие) вентили высвечиваются черным цветом, открытые (проводящие) вентили, подключенные к положительному полюсу источника Е, высвечиваются голубым цветом, к отрицательному полюсу белым цветом. Тиристор закрытый до снятия управляющего импульса, высвечивается красным цветом. Цепь индуктивностей LН и L при отсутствии в ней тока IН и IИ фиолетовым цветом. Обкладки заряженного конденсатора полностью высвечиваются одним цветом: положительно заряженная красным цветом, отрицательно заряженная белым цветом.
На диаграммах строятся синхронно - изменяющиеся во времени формы графиков отображаемых величин: Е напряжение источника постоянного тока; UИ - напряжение приложенное к последовательному колебательному LC контуру от источника Е через открытые вентили; IН и IИ ток активно-индуктивной нагрузки и ток инвертора; Id ток, потребляемый от источника Еd, Uc напряжение на конденсаторе; UVS1,VS4 напряжение на первом VS1 и четвертом VS4 вентилях.
Синхронно с изменением фазы отображаемых на диаграммах величин высвечиваются задействованные в это время элементы схемы.
Второй вариант АИР работает аналогично первому, но с частотой в два раза большей. С целью упрощения отображаемого процесса работы преобразователя в схемах блок управления вентилями не показан.
Третий вариант компьютерной модели АИР содержит принципиальную схему преобразователя, на которой высвечиваются значения регулирующих и регулируемых параметров и указатели клавиш, изменяющих значение параметров fр частоты повторения импульсов управления, С емкости конденсатора, LН индуктивности нагрузки.
Клавиши, показанные между двумя знаками «+», увеличивают значение соответствующего (ниже показанного) параметра, а клавиши, показанные между знаками «» уменьшают значение соответствующего параметра.
Справа от схемы приведены формулы в виде основных функций преобразователя, отражающие зависимость регулирующих параметров от величин, изменяемых с помощью клавиш.