- •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
2.5.3 Управляемые выпрямители со ступенчатым регулированием вторичного напряжения
Если диапазон изменения напряжения на нагрузке меньше либо равен двум, то для уменьшения пульсаций и улучшения энергетических показателей выпрямителя применяют выпрямители со ступенчатым регулированием вторичного напряжения. Улучшение коэффициента мощности обеспечивается за счет перехода к меньшим значениям вторичного напряжения трансформатора по мере снижения выпрямленного напряжения, что позволяет работать с меньшими углами.
Рис. 1.6.7.
При двух ступенях вторичного напряжения регулирование выпрямленного напряжения осуществляется в два этапа. В схеме однофазного двухполупериодного выпрямителя с нулевым выводом, рисунок 1.6.7, на первом этапе внутренние вентили , включаются с углом , а внешние вентили VS1, VS2 с регулируемым углом = 0…180.
Рис. 1.6.8.
На втором этапе вентили VS1, VS2 не включаются, а дальнейшее снижение выпрямленного напряжения обеспечивается за счет регулирования углов включение тиристоров , , рисунок 1.6.8, а.
Увеличение числа отводов трансформатора позволяет улучшить коэффициент мощности в большом диапазоне изменения выпрямленного напряжения, однако это достигается за счет усложнения трансформатора и увеличения числа вентилей. Схема также позволяет уменьшить величину сглаживающего дросселя, обеспечивающего режим непрерывного тока.
Рис. 1.6.9.
Принцип работы трехфазных выпрямителей со ступенчатым регулированием вторичного напряжения, рисунок 1.6.9 аналогичен, рисунок 1.6.8, б.
1.7 Сглаживающие фильтры выпрямителей
Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения до уровня, который требуется по условиям эксплуатации устройств питаемых от выпрямителя, на выходе выпрямителей устанавливают сглаживающие фильтры.
Оценку сглаживающего действия фильтра производят по величине его коэффициента сглаживания. Коэффициент сглаживания фильтра по гармонике пульсаций q принято считать отношение коэффициента пульсации на входе фильтра:
,
к коэффициенту пульсаций на его выходе:
.
Обычно коэффициент пульсаций определяют по основной или низшей гармонике. Тогда коэффициент сглаживания:
,
где - коэффициент передачи постоянной составляющей напряжения;
, - постоянные составляющие напряжения на входе и выходе фильтра;
- коэффициент фильтрации, учитывает уменьшение амплитуды пульсации основной гармоники на выходе фильтра;
, - амплитуда пульсации основной гармоники на входе и выходе выпрямителя.
Для фильтров выпрямителей большой мощности , для малой . Для фильтров без потерь коэффициент сглаживания равен коэффициенту фильтрации.
Малые потери и высокую эффективность сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения обеспечивают индуктивно-емкостные фильтры.
1.7.1 Г-образный фильтр
Дроссель
Г-образного фильтра, рисунок 1.7.1,
сглаживает пульсации выпрямленного
тока, переменная составляющая которого
протекает через конденсатор, сглаживающий
пульсации напряжения. Величины
индуктивнос
Рис. 1.7.1.
, (1.7.1)
где – число пульсаций выпрямленного напряжения за период напряжения питающей сети;
– круговая частота питающей сети;
- частота питающей сети.
Значение индуктивности дросселя находится из условия непрерывности тока в нем:
,
где - коэффициент, зависящий от вида выпрямителя и частоты питающей сети.
Емкость конденсатора определяют из выражения (1.7.1).
Рис. 1.7.2.
Для получения больших коэффициентов фильтрации применяют многозвенные LC фильтры, рисунок 1.7.2. Как правило, из технологических соображений однотипные элементы всех звеньев выбирают одинаковыми, при этом:
,
где n – число звеньев фильтра.
Если основным критерием является минимальная стоимость фильтра то при Kф>50 следует применять двухзвенные, а при Kф>220 – трехзвенные фильтры.