- •А. П. Маругин
- •1. Основные элементы силовых электронных устройств
- •1.1. Силовые электронные ключи
- •1.2. Силовые диоды
- •1.2.1. Статические характеристики диода
- •1.2.2. Динамические характеристики диода
- •1.2.3. Защита силовых диодов
- •1.2.4. Основные типы силовых диодов
- •1.3. Силовые транзисторы
- •1.3.1. Основные классы силовых транзисторов
- •1.3.2. Статические режимы работы транзисторов
- •1.3.3. Динамические режимы работы силовых транзисторов
- •1.3.4. Обеспечение безопасной работы транзисторов
- •1.4. Тиристоры
- •1.4.1. Принцип действия тиристора
- •1.4.2. Статические вольт-амперные характеристики тиристора
- •1.4.3. Динамические характеристики тиристора
- •1.4.4. Типы тиристоров
- •1.4.5. Запираемые тиристоры
- •2. Схемы управления электронными ключами
- •2.1. Общие сведения о схемах управления
- •2.2. Формирователи импульсов управления
- •2.3. Драйверы управления мощными транзисторами
- •3. Пассивные компоненты и охладители силовых электронных приборов
- •3.1. Электромагнитные компоненты
- •3.1.1. Гистерезис
- •3.1.2. Потери в магнитопроводе
- •3.1.3. Сопротивление магнитному потоку
- •3.1.4. Современные магнитные материалы
- •3.1.5. Потери в обмотках
- •3.2. Конденсаторы для силовой электроники
- •3.2.1. Конденсаторы семейства мку
- •3.2.2. Алюминиевые электролитические конденсаторы
- •3.2.3. Танталовые конденсаторы
- •3.2.4. Пленочные конденсаторы
- •3.2.5. Керамические конденсаторы
- •3.3. Теплоотвод в силовых электронных приборах
- •3.3.1. Тепловые режимы работы силовых электронных ключей
- •3.3.2. Охлаждение силовых электронных ключей
- •4. Принципы управления силовыми электронными ключами
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Фазовое управление
- •4.3. Импульсная модуляция
- •4.4. Микропроцессорные системы управления
- •5. Преобразователи и регуляторы напряжения
- •5.1. Основные виды устройств преобразовательной техники. Основные виды устройств силовой электроники символически изображены на рис. 5.1.
- •5.2. Трехфазные выпрямители
- •5.3. Эквивалентные многофазные схемы
- •5.4. Управляемые выпрямители
- •5.5. Особенности работы полууправляемого выпрямителя
- •5.6. Коммутационные процессы в выпрямителях
- •6. Импульсные преобразователи и регуляторы напряжения
- •6.1. Импульсный регулятор напряжения
- •6.1.1. Импульсный регулятор с шим
- •6.1.2. Импульсный ключевой регулятор
- •6.2. Импульсные регуляторы на основе дросселя
- •6.2.2. Преобразователь с повышением напряжения
- •6.2.3. Инвертирующий преобразователь
- •6.3. Другие разновидности преобразователей
- •7. Инверторы преобразователей частоты
- •7.1. Общие сведения
- •7.2. Инверторы напряжения
- •7.2.1. Автономные однофазные инверторы
- •7.2.2. Однофазные полумостовые инверторы напряжения
- •7.3. Трёхфазные автономные инверторы
- •8. Широтно-импульсная модуляция в преобразователях
- •8.1. Общие сведения
- •8.2. Традиционные методы шим в автономных инверторах
- •8.2.1. Инверторы напряжения
- •8.2.2. Трехфазный инвертор напряжения
- •8.3. Инверторы тока
- •8.4. Модуляция пространственного вектора
- •8.5. Модуляция в преобразователях переменного и постоянного тока
- •8.5.1. Инвертирование
- •8.5.2. Выпрямление
- •9. Преобразователи с сетевой коммутацией
- •10. Преобразователи частоты
- •10.1. Преобразователь с непосредственной связью
- •10.2. Преобразователи с промежуточным звеном
- •10.3.1. Двухтрансформаторная схема
- •10.3.3. Схема каскадных преобразователей
- •11. Резонансные преобразователи
- •11.2. Преобразователи с резонансным контуром
- •11.2.1. Преобразователи с последовательным соединением элементов резонансного контура и нагрузки
- •11.2.2. Преобразователи с параллельным соединением нагрузки
- •11.3. Инверторы с параллельно-последовательным резонансным контуром
- •11.4. Преобразователи класса е
- •11.5. Инверторы с коммутацией в нуле напряжения
- •12. Нормативы на показатели качества электрической энергии
- •12.1. Общие сведения
- •12.2. Коэффициент мощности и кпд выпрямителей
- •12.3. Улучшение коэффициента мощности управляемых выпрямителей
- •12.4. Корректор коэффициента мощности
- •13. Регуляторы переменного напряжения
- •13.1. Регуляторы напряжения переменного тока на тиристорах
- •13.2. Регуляторы напряжения переменного тока на транзисторах
- •Вопросы для самоконтроля
- •14. Новые методы управления люминесцентными лампами
- •Вопросы для самоконтроля
- •Заключение
- •Библиографический список
- •620144, Г. Екатеринбург, Куйбышева ,30
4.2. Фазовое управление
Системы с фазовым управлением подразделяются на синхронные и асинхронные.
Синхронные системы. В синхронных системах моменты формирования импульсов управления всегда синхронизированы с напряжением сети, к которой подключается ключ. В процессе регулирования фаза формирования импульса управления изменяется так, чтобы регулируемый параметр СЭУ оставался на заданном уровне. Простейшим способом сдвига фазы при регулировании является вертикально-фазовое управление (ВФУ) (рис.4.2.).
б
Рис. 4.2. Канал СУ с вертикально-фазовым управлением: a -структурная схема; б-диаграммы формирования импульсов управления
На рис. 4.2, а представлена структурная схема одного канала управления тиристором на основе ВФУ. Через разделительный трансформатор Тр на вход фазосдвигающего устройства ФСУ поступает переменное напряжение сети. Основным элементом ФСУ является генератор пилообразного напряжения ГПН. Напряжение начинает формироваться в начальный момент прохождения синусоиды сетевого напряжения через нуль (υ=0) и заканчивается в момент π (рис. 4.2, б). Такая длительность напряжения ГПН обеспечивает диапазон изменения фазы импульса управления равный половине периода напряжения сети. При небольших изменениях угла фазы α можно исключить ГПН, используя для формирования импульса управления входное напряжение синусоидальной формы. Напряжение сравнивается с сигналом рассогласования , поступающим, например, по цепи обратной связи в СЭУ (см. рис. 4.5, а) на компаратор К. В момент равенства напряжения и сигнала рассогласования на выходе ФСУ формируется импульс uи, который затем преобразуется формирователем ФИУ в импульс управления uу тиристора VS. Из рис. 4.2, б видно, что величина сигнала определяет величину угла α, т.е. фазу формирования импульса uу. Например, при υ =εᶦ , угол α=α1, а при υ = ε² угол α=α2. Обычно количество тиристоров в СЭУ больше одного, например в мостовой схеме выпрямителя их шесть (см. гл. 5). В этом случае в синхронной СУ количество каналов может быть равным количеству тиристоров или может быть использован один общий канал управления фазой импульсов управления.
Недостатки такой системы очевидны. Технологический разброс параметров отдельных функциональных узлов по каналам приводит к несимметрии интервалов коммутации и, следовательно, к появлению нежелательных гармоник тока или напряжения в выходном напряжении или токе. Кроме того, многоканальная система является более сложной при настройке СУ. Синхронная система может быть создана в одноканальном исполнении (рис. 4.3, а). Общим каналом будет являться канал, на вход фазосдвигающего устройства ФСУ которого поступает напряжение многофазной системы напряжений, от которой возможна синхронизация ГПН, входящего в ФСУ (см. рис. 4.6), с моментами времени, соответствующими коммутации всех тиристоров с углом α= 0. В этом случае ГПН работает с шестикратной частотой по отношению к частоте сети. Соответственно с такой же частотой формирователем импульсов ФИ формируются импульсы uу, которые затем через распределитель импульсов РИ поступают на ФИУ тиристоров (рис. 4.3, б). Фаза импульсов изменяется в зависимости от сигнала, который сравнивается с напряжениями ur ( рис. 4.2). При такой организации СУ диапазон регулирования угла управления в каждом канале ограничен значением π/3. Различные схемотехнические решения позволят расширить этот диапазон до α =π∕3.
Асинхронные системы. В асинхронных системах частота генерации импульсов управления становится синхронной по отношению к частоте напряжения сети только в установившемся режиме при замкнутом контуре регулирования фазой импульса управления. Это отличает системы асинхронного типа от синхронных. В последних синхронизация импульсов управления может производиться при разомкнутом контуре регулирования посредством синхронизации генератора пилообразного напряжения с напряжением сети. Существуют различные типы асинхронных систем, среди которых основными являются асинхронные системы следящего типа и с фазовой автоподстройкой частоты.
б
Рис. 4.3. Одноканальная СУ трёхфазного преобразователя: a-структурная схема; б-диаграммы импульсов на выходе РИ и на выходах ФИУ; ФИ - формирователь импульсов
Принцип действия системы следящего типа основан на сравнении среднего значения регулируемого напряжения (тока) со средним значением задающего напряжения, определяемым на межкоммутационном интервале.
В разделе 4.2 отмечалось, что основными исполнительными органами СЭУ являются силовые электронные ключи, работающие в режимах переключения. В преобразователях с импульсным управлением частота переключения значительно превышает частоты основных гармоник формируемых токов и напряжений. В импульсных преобразователях постоянного тока рабочую частоту ключей также стремятся повысить до значений, ограниченных технико-экономическими критериями.
Повышение рабочей частоты ключей позволяет увеличить управляемость выходных параметров по требуемым законам с минимальной задержкой их реализации, а управление дискретными значениями малых порций энергии — технико-экономическую эффективность преобразователя электроэнергии за счет улучшения массогабаритных показателен преобразователя на единицу мощности. Импульсное преобразование широко применяется при создании многих видов СЭУ, особенно преобразователей постоянного тока в постоянный.
В преобразователях постоянного тока в постоянный регулирование выходного напряжения или тока осуществляется методами изменения длительности включенного и выключенного состояний ключей. В импульсной технике изменение по определенному закону длительности или амплитуды импульсов, формируемых с определенной частотой, принято называть импульсной модуляцией. При этом различают: амплитудно - импульсную (АИМ); широтно-импульсную (ШИМ); частотно-импульсную (ЧИМ).
Существуют и другие способы модуляции. Следует отметить широко применяемые релейные системы с квантованием по уровню. Этот вид импульсных систем может быть отнесен к импульсным системам, в которых сочетаются ШИМ и ЧИМ. Модуляция в энергетических импульсных системах, в отличие от информационных, обычно реализуется в соответствии с изменением во времени простых функций. Например, значение выходного параметра часто изменяется в соответствии с синусоидальной или линейной функцией.