- •Политехнический институт Сибирского федерального университета преобразовательная техника
- •1 Модуль 1. Преобразователи постоянного тока
- •1.1 Введение. Объем и содержание курса
- •1.2 Однофазные неуправляемые выпрямители
- •1.2.1 Однофазный однополупериодный выпрямитель
- •1.2.2 Однофазный выпрямитель с выводом средней точки трансформатора
- •1.2.3 Однофазный мостовой выпрямитель
- •1.2.4 Работа выпрямителей на активно-индуктивную нагрузку
- •1.2.5 Работа выпрямителей на активно-емкостную нагрузку
- •1.2.6 Работа неуправляемого выпрямителя на нагрузку с противо - э. Д. С.
- •1.2.7 Внешние характеристики выпрямителей
- •1.3 Трехфазные неуправляемые выпрямители
- •1.3.1 Трехфазный выпрямитель с нулевым выводом трансформатора
- •1.3.2 Трехфазный мостовой выпрямитель
- •1.4 Однофазный управляемый выпрямитель с нулевым выводом трансформатора
- •1.4.1 Работа однофазного управляемого выпрямителя на активную нагрузку
- •1.4.2 Влияние индуктивности в цепи нагрузки
- •1.5 Трехфазные управляемые выпрямители
- •1.5.1 Трехфазный управляемый выпрямитель с нулевым выводом трансформатора
- •2.4.2 Трехфазный мостовой управляемый выпрямитель
- •1.6 Выпрямители с несимметричным и ступенчатым регулированием выходного напряжения
- •1.6.1 Выпрямители с нулевым вентилем
- •1.6.2 Полууправляемые выпрямители
- •2.5.3 Управляемые выпрямители со ступенчатым регулированием вторичного напряжения
- •1.7 Сглаживающие фильтры выпрямителей
- •1.7.2 Резонансные фильтры
- •1.7.3 Фильтр с компенсацией переменной составляющей
- •1.8 Процессы коммутации в выпрямителях, коэффициент мощности и кпд
- •1.8.1 Процессы коммутации в выпрямителях
- •1.8.2 Коэффициент мощности выпрямителя
- •1.8.3 Коэффициент полезного действия
- •1.9 Системы управления вентильными преобразователями
- •1.10 Выпрямители на полностью управляемых вентилях
- •1.10.1 Выпрямители с опережающим фазовым регулированием
- •1.10.2 Выпрямитель с широтно-импульсным регулированием выпрямленного напряжения
- •1.10.3 Выпрямители с принудительным формированием кривой тока, потребляемого из питающей сети
- •1.11 Инверторы, ведомые сетью
- •1.12 Реверсивные преобразователи постоянного тока
- •1.13 Аварийные режимы преобразователей постоянного тока
- •1.13.1 Внешнее короткое замыкание неуправляемого выпрямителя
- •1.13.2 Внешнее короткое замыкание управляемого выпрямителя
- •1.13.3 Внутреннее короткое замыкание трехфазного мостового неуправляемого выпрямителя
- •1.13.4 Аварийные режимы инвертора ведомого сетью
- •1.13.5 Аварийные процессы в реверсивных двухкомплектных преобразователях
- •1.13.5.1 Одновременное включение выпрямительных комплектов без э. Д. С. В цепи нагрузки.
- •2.12.5.2 Одновременное включение выпрямительных комплектов при наличии э. Д. С. В цепи нагрузки.
- •2.12.5.3 Включение выпрямительного комплекта во время прорыва инвертора.
- •2 Модуль 2. Преобразователи переменного тока
- •2.1 Автономные инверторы тока
- •2.1.1 Параллельный инвертор тока
- •2.1.2 Последовательно-параллельный инвертор тока
- •2.1.3 Инвертор тока с отсекающими вентилями
- •2.1.4 Инвертор тока с выпрямителем обратного тока
- •2.1.5 Инвертор тока с индуктивно-тиристорным регулятором
- •2.1.6 Инвертор тока с широтно-импульсной модуляцией
- •2.2 Резонансные инверторы
- •2.2.1 Параллельный, последовательно-параллельный резонансный инвертор с закрытым входом
- •2.2.2 Последовательный инвертор с открытым входом
- •2.2.3 Резонансные инверторы с вентилями обратного тока
- •2.2.4 Параллельный полумостовой транзисторный инвертор
- •2.2.5 Резонансные инверторы с удвоением частоты
- •2.2.6 Многоячейковые инверторы
- •2.3 Автономные инверторы напряжения
- •2.3.1 Однофазный мостовой аин
- •2.3.2 Трехфазный аин
- •2.3.3 Трехфазный аин с шир
- •2.3.4 Трехуровневый трехфазный инвертор
- •2.4 Преобразователи частоты
- •2.4.1 Преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока
- •2.4.2 Трехфазно-однофазный преобразователи частоты с непосредственной связью с естественной коммутацией тиристоров
- •2.4.3 Однофазный нпч с принудительной коммутацией
- •2.4.4 Преобразователь частоты с промежуточным звеном переменного тока
- •Библиографический список
1.6 Выпрямители с несимметричным и ступенчатым регулированием выходного напряжения
1.6.1 Выпрямители с нулевым вентилем
Рис. 1.6.1.
В однофазной мостовой схеме, рисунок 1.6.1, а, ток через основные вентили VS1, VS4 проходит только до момента смены полярности вторичного напряжения, рисунок 1.6.2. Во время интервала угла регулирования α энергия, запасенная в индуктивности нагрузки, замыкается через нулевой диод VD0. VD0 шунтирует нагрузку и на некоторое время разгружает выпрямитель и питающую сеть от тока нагрузки, при этом уменьшается действующие значение тока потребляемого из сети, и уменьшается отставание тока от приложенного напряжения в два раза, т. е. на угол .
Рис. 1.6.2
В трехфазной схеме, рисунок 1.6.1, б, VD0 работает только при . В кривой выпрямленного напряжения Ud, в отличие от схемы полностью управляемого выпрямителя, отрицательные участки не появляются, что расширяет диапазон регулирования до 120 эл. град. и увеличивает коэффициент мощности.
Выпрямители с нулевым вентилем делают невозможным изменение направления мгновенной мощности, в связи, с чем применяются только в тех случаях, когда не требуются реверс напряжения на нагрузке и рекуперация энергии в сеть.
1.6.2 Полууправляемые выпрямители
При замене части тиристоров диодами в схемах полностью управляемых мостовых выпрямителей получаются схемы несимметричных полууправляемых выпрямителей, в которых диоды служат только для выпрямления напряжения, а тиристоры для выпрямления и регулирования. Замена части тиристоров диодами удешевляет и упрощает выпрямитель, за счет удешевления вентильного блока и уменьшения количества каналов управления. На рисунке 1.6.3 показаны два варианта схемы однофазного мостового полууправляемого выпрямителя.
Рис. 1.6.3.
В первом варианте, рисунок 1.6.3, а, управляемые вентили катодной группы включаются с углом задержки , а неуправляемые вентили анодной группы – в точках естественной коммутации. В результате этого на интервале, определяемом углом , оказываются проводящими два последовательно включенных вентиля одного плеча (VS1, VD1 или VS2, VD2), что приводит к замыканию через них тока нагрузки и обесточиванию трансформатора аналогично замыканию тока нагрузки через нулевой вентиль в выпрямителе с нулевым вентилем. Соответственно, осциллограммы выпрямленного напряжения и зависимость входного коэффициента мощности от степени регулирования такие же в выпрямителе с нулевым вентилем. Особенностью этой схемы является невозможность отключения выпрямителя путем снятия управляющих импульсов при работе на активно-индуктивную нагрузку. Если снять импульсы управления в момент, проводящего состояния вентиля VS1, то при положительной полуволне вторичного напряжения ток нагрузки будет протекать через вентили VS1 и VD2, а при отрицательной будет замыкаться через VD1 и VS1, выполняющие функции нулевого диода, рисунок 1.6.4. Таким образом, вентиль VS1 постоянно будет проводить ток и не сможет восстановить свои запирающие свойства. Для отключения такой схемы необходимо либо организовать перевод выпрямителя в режим прерывистого тока с помощью увеличения угла управления либо ввести в схему нулевой вентиль.
Рис. 1.6.4.
Указанный недостаток отсутствует во втором варианте однофазного мостового полууправляемого выпрямителя, рисунок 1.6.3, б. Так как одно плечо выполнено на диодах, на интервале работы этого плеча в режиме нулевого вентиля, тиристоры другого плеча успевают восстановить запирающие свойства. Недостатками этой схемы являются: неравномерность загрузки управляемых и неуправляемых вентилей, необходимость двух развязанных каналов управления.
Рис. 1.6.5.
Режим работы схемы трехфазного полууправляемого выпрямителя, рисунок 1.6.5, различен при <60 и >60 градусов.
При <60 схема не дает выигрыша в коэффициенте мощности по сравнению с полностью управляемой схемой, т.к. уменьшение отставания потребляемого тока от питающего напряжения сопровождается ухудшением его формы, рисунок 1.6.6.
При >60 кривая выпрямленного напряжения имеет площадки нулевого напряжения, вследствие того, что во время этих интервалов два последовательных вентиля плеча выполняют функцию нулевого диода, рисунок 1.6.5. Что увеличивает коэффициент мощности даже больше чем в полностью управляемом трехфазном мостовом выпрямителе с нулевым вентилем. Во всем диапазоне изменения α среднее значение выпрямленного напряжения описывается одним выражением:
.
Рис. 1.6.6.
Существенными недостатками несимметричных трехфазных выпрямителей по сравнению с симметричными являются: в два раза меньшая частота пульсаций основной гармоники выпрямленного напряжения, невозможность отключения выпрямителя простым снятием управляющих импульсов, невозможность изменения полярности напряжения на нагрузке и рекуперации энергии.