Учебное пособие. — Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2009. — 425
с.
Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по
направлению подготовки «Электротехника, электромеханика и
электротехнологии». Оно соответствует содержанию лекций, читаемых
студентам по одноименному курсу. В учебном пособии рассмотрены
элементы силовой электроники и приведены схемы выпрямителей,
преобразователей постоянного и переменного напряжений, ведомых и
автономных инверторов, обратимых преобразователей напряжения,
преобразователей частоты и других устройств преобразовательной
техники. Выполнен анализ процессов, приведены элементы расчета и
характеристики схем. Большое внимание уделено энергетическим
показателям.
Учебное пособие может быть полезно студентам других электротехнических специальностей энергетического факультета при изучении курсов «Промышленная электроника», «Энергетическая электроника». Введение.
Предмет преобразовательной техники.
Назначение и классификация устройств преобразовательной техники.
Состав устройств преобразовательной техники.
История и перспективы развития устройств преобразовательной техники.
Состав силовых схем вентильных преобразователей.
Силовые диоды.
Назначение и классификация силовых диодов.
Статические характеристики и схема замещения силового диода при низкой частоте.
Динамические характеристики силовых диодов.
Параметры силовых диодов.
Разновидности силовых диодов.
Тиристоры.
Назначение и классификация тиристоров.
Статические характеристики тиристоров.
Динамические характеристики тиристоров.
Параметры тиристоров.
Разновидности тиристоров.
Транзисторные ключи.
Классификация транзисторов.
Основные статические характеристики транзисторов.
Основные статические параметры транзисторов.
Переходные процессы и динамические параметры транзисторных ключей.
Защищенный транзисторный ключ.
Сравнение транзисторов.
Гибридные силовые схемы.
Трансформаторы.
Назначение и классификация трансформаторов.
Основные параметры трансформаторов.
Схемы замещения и характеристики трансформаторов.
Области применения трансформаторов.
Реакторы.
Назначение и классификация реакторов.
Основные параметры, схема замещения и характеристики реакторов.
Конденсаторы.
Назначение и классификация конденсаторов.
Основные параметры конденсаторов постоянной емкости.
Схема замещения и частотная характеристика конденсатора.
Разновидности и области применения конденсаторов.
Резисторы.
Назначение и классификация резисторов.
Основные параметры и схемы замещения постоянных резисторов.
Элементы защиты вентильных преобразователей.
Требования, предъявляемые к системам защиты.полупроводниковых преобразователей.
Элементы защиты по току.
Элементы для ограничения перенапряжений.
Методы расчета.
Методы моделирования.
Классификация и структурные схемы выпрямителей.
Однофазные выпрямители.
Однофазная однополупериодная схема выпрямления.
Учет неидеальности вентилей и трансформатора.
Однофазная нулевая схема выпрямления.
Однофазная мостовая схема выпрямления.
Сравнение однофазных схем выпрямления.
Многофазные выпрямители.
Трехфазная нулевая схема и ее разновидности.
Шестифазная нулевая схема.
Схема две обратные звезды с уравнительным реактором.
Трехфазная мостовая схема.
Сравнение многофазных схем выпрямления.
Режимы работы выпрямителей.
Регулировочные характеристики идеального управляемого выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке.
Непрерывный режим.
Влияние анодных индуктивностей на коммутацию тока.
Внешние характеристики в непрерывном режиме.
Прерывистый и граничный режимы.
Условия возникновения режимов.
Работа выпрямителя на ПЭДС.
Регулировочные и внешние характеристики выпрямителей в прерывистом режиме.
КПД выпрямителя.
Гармонические составляющие в выпрямленном напряжении и первичном токе.
Коэффициент мощности выпрямителя.
Пути улучшения энергетических показателей выпрямителей и уменьшения их вредного влияния на питающую сеть.
Условно двенадцатифазная схема.
Схемы с нулевыми вентилями.
Фазоступенчатое регулирование.
Применение искусственной коммутации для улучшения cosφ.
Применение запираемых вентилей для улучшения cosφ.
Классификация инверторов.
Понятие о направлении потока мощности.
Переход от выпрямительного к инверторному режиму.
Регулировочные и внешние характеристики ведомого инвертора.
Условия устойчивой работы инвертора.
Классификация рекуперирующих преобразователей.
Схемы реверсивных преобразователей.
Внешние и регулировочные характеристики.
Способы управления.
Уравнительные токи при совместном управлении и способы их ограничения.
Сравнение раздельного и совместного управления.
Классификация систем импульсно-фазового управления вентильными преобразователями.
Требования, предъявляемые к системам импульсно-фазового управления, и формы управляющих импульсов.
Формирователи-распределители импульсов управления трехфазной мостовой схемы выпрямления.
Регулировочные характеристики при различных формах опорных напряжений.
Системы управления и регулировочные характеристики реверсивных преобразователей при раздельном управлении.
Переходные процессы в реверсивных преобразователях.
Функциональная схема системы управления электроприводом постоянного тока.
Цифровые и микропроцессорные системы управления.
Преобразователи постоянного напряжения.
Классификация преобразователей постоянного напряжения.
Непосредственные преобразователи постоянного напряжения.
Понижающий преобразователь постоянного напряжения.
Повышающий преобразователь постоянного напряжения.
Инвертирующий преобразователь постоянного напряжения.
Нереверсивные понижающие ППН.
Регулировочные, внешние и энергетические характеристики нереверсивных понижающих ППН.
Рекуперирующие нереверсивные ППН.
Реверсивные ППН.
Схема и способы управления реверсивными ППН.
Работа реверсивного ППН на активно-индуктивную нагрузку при симметричном управлении.
Работа реверсивного ППН на активно-индуктивную нагрузку при несимметричном управлении.
Работа реверсивного ППН на ПЭДС при симметричном управлении.
Работа реверсивного ППН на ПЭДС при несимметричном управлении.
Работа реверсивного ППН на ПЭДС при поочередном управлении.
Внешние характеристики реверсивных ППН.
Реверсивный двухключевой ППН.
Классификация и принципы построения автономных инверторов.
Автономные инверторы на тиристорах с одноступенчатой коммутацией.
Параллельные автономные инверторы тока.
Автономные инверторы напряжения на тиристорах.
Резонансные автономные инверторы.
Автономные инверторы на тиристорах с двухступенчатой коммутацией.
Автономные инверторы напряжения (АИН) на транзисторах и запираемых тиристорах.
Однофазные транзисторные АИН.
Трехфазный мостовой АИН.
Расчет идеального трехфазного мостового АИН.
Регулирование величины и формы напряжения в АИН.
Импульсная модуляция в АИН.
Регулирование напряжения в трехфазных АИН.
Формирование напряжений на выводах по отношению к средней точке источника питания.
Формирование фазных напряжений с помощью пространственного вектора.
Формирование фазных токов.
Многоуровневые АИН.
Характеристики АИН с ШИМ.
Регулировочные характеристики АИН с ШИМ.
Внешние характеристики трехфазного мостового АИН.
Энергетические характеристики трехфазного мостового АИН.
Сравнение автономных инверторов.
Управляемые выпрямители напряжения (УВН).
Обратимые преобразователи напряжения АИН-УВН.
Анализ процессов в обратимых преобразователях напряжения (ОПН) при формировании сетевых токов.
Анализ процессов в обратимых преобразователях напряжения при ШИМ.
Внешние и энергетические характеристики ОПН при наличии обратной связи по постоянному напряжению.
Схемы управления ОПН.
Классификация и принципы построения преобразователей частоты.
Двухзвенные преобразователи частоты (ДПЧ).
Функциональные схемы ДПЧ.
ДПЧ на основе управляемого выпрямителя и АИН.
ДПЧ на основе неуправляемого выпрямителя и АИН с ШИМ.
Рекуперирующий ДПЧ на основе ОПН.
Рекуперирующие ДПЧ на основе инверторов тока.
Непосредственные преобразователи частоты (НПЧ).
Принцип действия НПЧ.
Расчет идеализированного НПЧ.
Матричные преобразователи.
Назначение и классификация.
Входные фильтры.
Сглаживающие фильтры.
Выходные фильтры переменного тока.
Защита от перенапряжений при ШИМ-сигналах.
Общая характеристика и классификация источников вторичного электропитания (ИВЭП).
Принципы построения ИВЭП.
Регулируемые и нерегулируемые двухзвенные ППН.
Неуправляемые выпрямители с корректором коэффициента мощности.
Энергетические показатели и качество электрической энергии.
Классификация устройств повышающих энергетические показатели и качество электрической энергии.
Устройства, повышающие коэффициент мощности и показатели качества электрической энергии.
Конденсаторные батареи.
Конденсаторно-реакторные компенсаторы.
Пассивные фильтры.
Вентильные компенсаторы реактивной мощности на однооперационных тиристорах.
Активные фильтры - компенсаторы мощности искажения.
Вентильные компенсаторы пассивной мощности.
Компенсированные преобразователи с компенсацией реактивной мощности.
Выпрямители с корректором коэффициента мощности.
Компенсированные преобразователи с компенсацией пассивной мощности.
Вентильные преобразователи-компенсаторы пассивной мощности.
Синхронизированные преобразователи переменного напряжения с ШИМ-НЧ.
Контроллеры управления.
Классификация контроллеров управления.
ШИМ-контроллеры.
Усилители мощности импульсов управления.
Классификация и требования к усилителям мощности импульсов управления.
Усилители мощности импульсов управления тиристорами.
Усилители мощности импульсов управления транзисторами.
Драйверы силовых транзисторов.
Усилители мощности импульсов управления транзисторами с трансформаторной развязкой.
Учебное пособие может быть полезно студентам других электротехнических специальностей энергетического факультета при изучении курсов «Промышленная электроника», «Энергетическая электроника». Введение.
Предмет преобразовательной техники.
Назначение и классификация устройств преобразовательной техники.
Состав устройств преобразовательной техники.
История и перспективы развития устройств преобразовательной техники.
Состав силовых схем вентильных преобразователей.
Силовые диоды.
Назначение и классификация силовых диодов.
Статические характеристики и схема замещения силового диода при низкой частоте.
Динамические характеристики силовых диодов.
Параметры силовых диодов.
Разновидности силовых диодов.
Тиристоры.
Назначение и классификация тиристоров.
Статические характеристики тиристоров.
Динамические характеристики тиристоров.
Параметры тиристоров.
Разновидности тиристоров.
Транзисторные ключи.
Классификация транзисторов.
Основные статические характеристики транзисторов.
Основные статические параметры транзисторов.
Переходные процессы и динамические параметры транзисторных ключей.
Защищенный транзисторный ключ.
Сравнение транзисторов.
Гибридные силовые схемы.
Трансформаторы.
Назначение и классификация трансформаторов.
Основные параметры трансформаторов.
Схемы замещения и характеристики трансформаторов.
Области применения трансформаторов.
Реакторы.
Назначение и классификация реакторов.
Основные параметры, схема замещения и характеристики реакторов.
Конденсаторы.
Назначение и классификация конденсаторов.
Основные параметры конденсаторов постоянной емкости.
Схема замещения и частотная характеристика конденсатора.
Разновидности и области применения конденсаторов.
Резисторы.
Назначение и классификация резисторов.
Основные параметры и схемы замещения постоянных резисторов.
Элементы защиты вентильных преобразователей.
Требования, предъявляемые к системам защиты.полупроводниковых преобразователей.
Элементы защиты по току.
Элементы для ограничения перенапряжений.
Методы расчета.
Методы моделирования.
Классификация и структурные схемы выпрямителей.
Однофазные выпрямители.
Однофазная однополупериодная схема выпрямления.
Учет неидеальности вентилей и трансформатора.
Однофазная нулевая схема выпрямления.
Однофазная мостовая схема выпрямления.
Сравнение однофазных схем выпрямления.
Многофазные выпрямители.
Трехфазная нулевая схема и ее разновидности.
Шестифазная нулевая схема.
Схема две обратные звезды с уравнительным реактором.
Трехфазная мостовая схема.
Сравнение многофазных схем выпрямления.
Режимы работы выпрямителей.
Регулировочные характеристики идеального управляемого выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке.
Непрерывный режим.
Влияние анодных индуктивностей на коммутацию тока.
Внешние характеристики в непрерывном режиме.
Прерывистый и граничный режимы.
Условия возникновения режимов.
Работа выпрямителя на ПЭДС.
Регулировочные и внешние характеристики выпрямителей в прерывистом режиме.
КПД выпрямителя.
Гармонические составляющие в выпрямленном напряжении и первичном токе.
Коэффициент мощности выпрямителя.
Пути улучшения энергетических показателей выпрямителей и уменьшения их вредного влияния на питающую сеть.
Условно двенадцатифазная схема.
Схемы с нулевыми вентилями.
Фазоступенчатое регулирование.
Применение искусственной коммутации для улучшения cosφ.
Применение запираемых вентилей для улучшения cosφ.
Классификация инверторов.
Понятие о направлении потока мощности.
Переход от выпрямительного к инверторному режиму.
Регулировочные и внешние характеристики ведомого инвертора.
Условия устойчивой работы инвертора.
Классификация рекуперирующих преобразователей.
Схемы реверсивных преобразователей.
Внешние и регулировочные характеристики.
Способы управления.
Уравнительные токи при совместном управлении и способы их ограничения.
Сравнение раздельного и совместного управления.
Классификация систем импульсно-фазового управления вентильными преобразователями.
Требования, предъявляемые к системам импульсно-фазового управления, и формы управляющих импульсов.
Формирователи-распределители импульсов управления трехфазной мостовой схемы выпрямления.
Регулировочные характеристики при различных формах опорных напряжений.
Системы управления и регулировочные характеристики реверсивных преобразователей при раздельном управлении.
Переходные процессы в реверсивных преобразователях.
Функциональная схема системы управления электроприводом постоянного тока.
Цифровые и микропроцессорные системы управления.
Преобразователи постоянного напряжения.
Классификация преобразователей постоянного напряжения.
Непосредственные преобразователи постоянного напряжения.
Понижающий преобразователь постоянного напряжения.
Повышающий преобразователь постоянного напряжения.
Инвертирующий преобразователь постоянного напряжения.
Нереверсивные понижающие ППН.
Регулировочные, внешние и энергетические характеристики нереверсивных понижающих ППН.
Рекуперирующие нереверсивные ППН.
Реверсивные ППН.
Схема и способы управления реверсивными ППН.
Работа реверсивного ППН на активно-индуктивную нагрузку при симметричном управлении.
Работа реверсивного ППН на активно-индуктивную нагрузку при несимметричном управлении.
Работа реверсивного ППН на ПЭДС при симметричном управлении.
Работа реверсивного ППН на ПЭДС при несимметричном управлении.
Работа реверсивного ППН на ПЭДС при поочередном управлении.
Внешние характеристики реверсивных ППН.
Реверсивный двухключевой ППН.
Классификация и принципы построения автономных инверторов.
Автономные инверторы на тиристорах с одноступенчатой коммутацией.
Параллельные автономные инверторы тока.
Автономные инверторы напряжения на тиристорах.
Резонансные автономные инверторы.
Автономные инверторы на тиристорах с двухступенчатой коммутацией.
Автономные инверторы напряжения (АИН) на транзисторах и запираемых тиристорах.
Однофазные транзисторные АИН.
Трехфазный мостовой АИН.
Расчет идеального трехфазного мостового АИН.
Регулирование величины и формы напряжения в АИН.
Импульсная модуляция в АИН.
Регулирование напряжения в трехфазных АИН.
Формирование напряжений на выводах по отношению к средней точке источника питания.
Формирование фазных напряжений с помощью пространственного вектора.
Формирование фазных токов.
Многоуровневые АИН.
Характеристики АИН с ШИМ.
Регулировочные характеристики АИН с ШИМ.
Внешние характеристики трехфазного мостового АИН.
Энергетические характеристики трехфазного мостового АИН.
Сравнение автономных инверторов.
Управляемые выпрямители напряжения (УВН).
Обратимые преобразователи напряжения АИН-УВН.
Анализ процессов в обратимых преобразователях напряжения (ОПН) при формировании сетевых токов.
Анализ процессов в обратимых преобразователях напряжения при ШИМ.
Внешние и энергетические характеристики ОПН при наличии обратной связи по постоянному напряжению.
Схемы управления ОПН.
Классификация и принципы построения преобразователей частоты.
Двухзвенные преобразователи частоты (ДПЧ).
Функциональные схемы ДПЧ.
ДПЧ на основе управляемого выпрямителя и АИН.
ДПЧ на основе неуправляемого выпрямителя и АИН с ШИМ.
Рекуперирующий ДПЧ на основе ОПН.
Рекуперирующие ДПЧ на основе инверторов тока.
Непосредственные преобразователи частоты (НПЧ).
Принцип действия НПЧ.
Расчет идеализированного НПЧ.
Матричные преобразователи.
Назначение и классификация.
Входные фильтры.
Сглаживающие фильтры.
Выходные фильтры переменного тока.
Защита от перенапряжений при ШИМ-сигналах.
Общая характеристика и классификация источников вторичного электропитания (ИВЭП).
Принципы построения ИВЭП.
Регулируемые и нерегулируемые двухзвенные ППН.
Неуправляемые выпрямители с корректором коэффициента мощности.
Энергетические показатели и качество электрической энергии.
Классификация устройств повышающих энергетические показатели и качество электрической энергии.
Устройства, повышающие коэффициент мощности и показатели качества электрической энергии.
Конденсаторные батареи.
Конденсаторно-реакторные компенсаторы.
Пассивные фильтры.
Вентильные компенсаторы реактивной мощности на однооперационных тиристорах.
Активные фильтры - компенсаторы мощности искажения.
Вентильные компенсаторы пассивной мощности.
Компенсированные преобразователи с компенсацией реактивной мощности.
Выпрямители с корректором коэффициента мощности.
Компенсированные преобразователи с компенсацией пассивной мощности.
Вентильные преобразователи-компенсаторы пассивной мощности.
Синхронизированные преобразователи переменного напряжения с ШИМ-НЧ.
Контроллеры управления.
Классификация контроллеров управления.
ШИМ-контроллеры.
Усилители мощности импульсов управления.
Классификация и требования к усилителям мощности импульсов управления.
Усилители мощности импульсов управления тиристорами.
Усилители мощности импульсов управления транзисторами.
Драйверы силовых транзисторов.
Усилители мощности импульсов управления транзисторами с трансформаторной развязкой.