- •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
5.5. Особенности работы полууправляемого выпрямителя
Для упрощения системы управления и удешевления выпрямителя применяются несимметричные мостовые схемы, у которых одна из групп тиристоров (обычно анодная) заменяется неуправляемыми диодами (рис. 5.13).
Рис. 5.13. Несимметричная мостовая схема
Такие выпрямители используются в устройствах небольшой мощности, а также в установках большой мощности при ограниченном диапазоне регулирования. В работе схемы при непрерывном токе нагрузки различают два режима: при 0 <α < π/З и α > π/3.
Временные диаграммы фазных напряжений и напряжения на нагрузке при 0 < α < π/3 показаны на рис. 5.14, а, б.
Рис. 5.14. Временные диаграммы фазных напряжений и напряжения на нагрузке
Кривая выходного напряжения получается несимметричной.
Работу схемы при углах управления α>π/3 иллюстрирует рис. 5.15.
В этом случае, как хорошо видно на диаграмме рис. 5.15, а, имеются интервалы времени, когда ток проводят два вентиля, подключенные к одной из фаз. Например, на интервале—Т3 ток проводит тиристор, подключенный к фазе с, и диод, подключенный к той же фазе. В этом случае ток нагрузки замыкается накоротко через эти вентили и в кривой выходного напряжения (рис. 5.15, б) получаются паузы, т. е. в нагрузке протекает ток при нулевом напряжении на выходе выпрямителя, который поддерживается энергией, накопленной в индуктивности нагрузки.
Рис. 5.15. Временные диаграммы фазных напряжений
В обмотках трансформатора и в сети на этих интервалах ток не протекает. Используя временные диаграммы рис. 5.15, находим:
. (5.11)
Как следует из полученных выше соотношений, регулировочная характеристика полу управляемого выпрямителя, показанная на рис. 5.16, описывается одинаковыми соотношениями во всем диапазоне регулирования.
Рис. 5.16. Регулировочная характеристика полу управляемого выпрямителя
5.6. Коммутационные процессы в выпрямителях
Коммутационным процессом (или явлением коммутации) называют процесс перехода тока с одного вентиля на другой. Рассмотрим процесс на примере схемы выпрямителя с нулевой точкой трансформатора (рис. 5.17). В этой схеме в анодной цепи каждого вентиля схематически изображена паразитная анодная индуктивность (индуктивное сопротивление рассеяния) трансформатора
Рис. 5.17. Схема выпрямителя с нулевой точкой трансформатора
. Временные диаграммы, поясняющие процессы коммутации при угле управления α = 0, показаны на рис. 5.18.
Р Рис. 5.18. Временные диаграммы при угле управления α = 0
Если ха = 0, то переход тока с одного вентиля на другой происходит мгновенно. Если ха =Ф, то ток в цепи с анодной индуктивностью не может измениться мгновенно, т. е. требуется некоторое время, чтобы ток одного вентиля (например, VT1) уменьшился от Id до нуля, а ток другого вентиля (VT2) возрос от нуля до Id (рис. 5.18,). Ток вентиля VT3 при этом равен нулю.
Здесь и далее будем считать, что индуктивность нагрузки Ld достаточно велика и ток нагрузки id хорошо сглажен.
Время одновременного проводящего состояния двух вентилей называется временем коммутации, а угол, соответствующий этому времени, называется углом коммутации γ (рис. 5.18, б). Мгновенное значение напряжения на нагрузке определяется значением фазного напряжения, подключенного к нагрузке через проводящий вентиль. На анодной индуктивности не наводится противо ЭДС, так как ток фазы, являющийся током нагрузки, на интервале проводимости вентиля не изменяется.
Внешняя характеристика управляемого выпрямителя может быть представлена в следующем виде:
• (5.12)
Для управляемого выпрямителя получаем несколько характеристик.
Выходная характеристика неуправляемого выпрямителя показана на рис. 5.19 при угле α=0. При увеличении угла α выходные характеристики располагаются параллельно естественной (α=0), но ниже, образуя семейство характеристик. На рис. 5.19 представлены совмещенные выходные и регулировочные характеристики.
Рис. 5.19. Совмещенная выходная и регулировочная характеристики
Как рассматривалось выше, в области больших углов управления и (или) малых токов нагрузки возникает режим прерывистого тока нагрузки. В кривой выходного напряжения исчезают отрицательные площадки и возникают паузы. В результате среднее значение выходного напряжения несколько растет. Это хорошо видно на внешних характеристиках в режиме малых токов.
Уравнение внешней характеристики удобно записывать не через ха, а использовать полученное соотношение, в котором ха выражено через напряжение короткого замыкания трансформатора Uк, %.
Тогда уравнение внешней характеристики можно записать в виде:
, (5.13)
где ик — выражено в процентах.
Учитывая, что коммутация в общем случае происходит на интервале от 0 до π∕2 и при этом ток вступающего в работу вентиля изменяется от 0 до Id.
Вопросы для самоконтроля
Что такое угол регулирования α. От какой точки он отсчитывается на временных диаграммах: а) при т = 2; б) т = 3; в) т = 6?
Что такое регулировочная характеристика?
Что такое режим прерывистого и непрерывного тока? Когда возникает режим прерывистого тока при активной нагрузке: а) при т = 2; б) т = 3; в) т = 6? Может ли возникнуть режим прерывистого тока при активно- индуктивной нагрузке?
Что такое анодная индуктивность и как она влияет на значение выходного напряжения выпрямителя?
Что такое угол коммутации γ и от чего он зависит?
5.6.Используя временные диаграммы, объясните принцип работы многофазных схем:
а) трехфазной схемы с нулевым выводом; б) трехфазной мостовой схемы; в) схемы две обратные звезды с уравнительным реактором.
5.7. Поясните принцип построения эквивалентных многофазных схем, объясните природу возникновения потока вынужденного намагничивания и в каких схемах он возникает?
5.8. По каким параметрам выбирают вентили и трансформатор в
выпрямительных установках?
. Какие существуют способы повышения пульсности выходного напряжения выпрямителей?
5.10. Какими способами можно получить фиксированный фазовый сдвиг между системами трехфазных напряжений, питающих выпрямитель?