- •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
2.2.3 Резонансные инверторы с вентилями обратного тока
Схема изображена на рисунке 2.2.4. Возможно два режима работы: с прерывистым током и с непрерывным током нагрузки.
Рис. 2.2.4.
В первом режиме частота импульсов управления тиристоров ниже собственной частоты резонансного контура, рисунок 2.2.5. В момент отпирания тиристоров VS1, VS4 создается контур колебательного перезаряда конденсатора. На интервале t0-t1 формируется полуволна тока нагрузки. В момент t1 ток нагрузки уменьшается до нуля, при этом напряжение на конденсаторе превышает напряжение источника питания. Вследствие чего на интервале t1-t2 происходит разряд конденсатора через диоды VD1, VD4, при этом энергия, накопленная в конденсаторе, отдается в цепь источника питания и нагрузки. В это время к тиристорам VS1, VS4 прикладывается обратное напряжение равное падению напряжения на диодах, от протекания через них тока нагрузки. В момент t2 ток уменьшается до нуля, диоды закрываются, напряжение на конденсаторе становится меньше напряжения входного источника и остается неизменным до момента отпирания очередной пары тиристоров t3. Далее происходят аналогичные процессы перезаряда конденсатора через тиристоры VS2, VS3 и диоды VD2, VD3. Уменьшение частоты управляющих импульсов приводит к увеличению безтоковых пауз, что приводит к ухудшению качества выходного напряжения.
Рис. 2.2.5.
В режиме непрерывного тока частота импульсов управления тиристорами выше собственной частоты резонансного контура, рисунок 2.2.6. В момент t0 отпираются тиристоры VS1, VS4. В момент t1 начинается обратный перезаряд конденсатора через диоды VD1, VD4. Отпирание очередной пары тиристоров VS2, VS3 осуществляется до завершения разряда конденсатора, в момент t2. Это возможно, так как при проводящих диодах VD1, VD4 к катоду тиристора VS1 прикладывается плюс, а к аноду тиристора VS3 минус источника питания.
Рис. 2.2.6.
Уменьшение временного интервала t1-t2 приводит к увеличению остаточного напряжения на конденсаторе в момент его перезаряда в обратную полярность, что вызывает рост амплитуды напряжения на конденсаторе, а значит, в режиме непрерывного тока нагрузки регулирование частоты выходного напряжения не будет искажать его формы.
Из диаграмм работы резонансного инвертора с вентилями обратного тока в режиме непрерывного тока видно, что при дальнейшем увеличении частоты управления вентилями интервал t1-t2, в течении которого вентили восстанавливали свои запирающие свойства, исчезает. А значит, работа схемы в этом случае возможна только при использовании полностью управляемых вентилей (IGBT-транзисторов, GTO-тиристоров).
2.2.4 Параллельный полумостовой транзисторный инвертор
Рис. 2.2.7
Схема показана на рисунке 2.2.7. До момента t1 конденсатор Ck заряжается в колебательном режиме, рисунок 2.2.8. При снятии сигнала управления с транзистора VT1 в момент t1 ток из него коммутируется в диод VD2, конденсатор Ck начинает разряжаться. В момент времени t2 диод VD2 закрывается и ток резонансного контура начинает протекать через транзистор VT2. На интервале t2-t3 конденсатор перезаряжается в обратную полярность напряжения. В момент t3 транзистор VT2 выключается, и ток контура переходит в диод VD1, который проводит спадающий к нулю ток до момента t4. Далее процессы повторяются.
Рис. 2.2.8.
Увеличение частоты выходного напряжения инверторов сопровождается ростом потерь мощности при переключении вентилей. Практически это приводит к снижению выходной активной мощности инвертора почти обратно пропорционально квадрату увеличения частоты. Для уменьшения потерь на переключения применяют схемотехническое умножение частоты выходного напряжения.