- •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
8.5.2. Выпрямление
Импульсная модуляция в режимах выпрямления используется в целях:
выделения в спектральном составе тока основной гармоники на стороне сети методом ослабления уровней высших гармоник;
повышения коэффициента мощности за счет уменьшения реактивной мощности основной гармоники тока и мощности искажения.
Этих целей можно достичь применением схемы преобразователей переменного/постоянного тока, выполненной на базе полностью управляемых ключей (рис. 8.17), переходом к формированию токов в области выпрямления. При переходе к режимам выпрямления углы фаз первых гармоник тока соответствуют расположению их векторов в I и IV квадрантах комплексной плоскости. Следует также отметить, что режимы выпрямления и инвертирования в преобразователях переменного/постоянного тока на тиристорах реализуются на основе схем со свойствами инвертора тока. Преобразователи со свойствами инверторов напряжения, работающие совместно с сетью, стали применяться сравнительно недавно в связи с созданием мощных управляемых ключей.
Рассмотрим более подробно режим выпрямления на примере схемы, представленной на рис. 8.17, г. Для построения векторной диаграммы представим первые гармоники токов и напряжений в виде комплексных амплитуд, полагая напряжение сети синусоидальным, а ток конденсатора фильтра Сф равным нулю:
; , (8.16)
где Uн1 и In1 — амплитуды первых гармоник напряжения и тока инвертора. Приняв вектор напряжения сети Uc в качестве базового, получим согласно формуле (8.14) векторные диаграммы (рис. 8.18) напряжений сети при разных значениях фазы тока инвертора в режимах как выпрямления (области I,
IV), так и инвертирования (области II, III). Режим инвертирования это верхняя окружность, т.е. окружность 1.
Рис. 8.18. Векторная диаграмма преобразователя постоянного/переменного тока со свойствами инвертора напряжения в режимах выпрямления I, IV и инвертирования II, III
На диаграмме окружность l является геометрическим местом точек концов вектора основной гармоники напряжения Uн1 преобразователя при изменении фазы вектора тока Iн1 в диапазоне углов 0<φ<2π Геометрическим местом точек концов вектора тока Iн1 будет окружность 2. Из рис. 8.18 следует, что радиусу окружности 1 соответствует напряжение на реакторе фильтра ΔUL=I1H𝜔1Lф. Из диаграммы видно, что при работе в областях с опережающим током Iн1 (области II, IV) напряжение преобразователя увеличивается на значение напряжения на реакторе ΔUL, а в областях I, III при работе с отстающим током уменьшается.
Регулирование реактивной мощности. Работа преобразователя на границе областей I, II и III, IV соответствует обмену его с сетью реактивной мощностью, обусловленной основными гармониками тока и напряжения. При этом на границе I, II мощность носит индуктивный характер, а на границе III, IV — емкостной. Такой обмен используется для регулирования реактивной мощности в сети или компенсации реактивной мощности определенного характера. Например, при передаче электроэнергии индуктивность линии передачи вызывает появление реактивной мощности, для компенсации которой требуется мощность емкостного характера. Если в сети имеет место избыток реактивной мощности емкостного характера, то для компенсации требуется источник реактивной мощности индуктивного характера. В преобразователях, выполняющих функции компенсаторов реактивной мощности, вместо источника постоянного тока включается конденсатор или индуктивный накопитель энергии. Естественно, что в этом случае активная мощность требуется только для компенсации потерь активной мощности в элементах схемы, включая накопитель энергии на стороне постоянного тока. Такая незначительная мощность потребляется преобразователем из сети.
Таким образом, применение полностью управляемых ключей и импульсной модуляции позволяет обеспечить работу преобразователей переменного и постоянного тока совместно с сетью с любым значением коэффициента мощности при синусоидальной форме тока.
Вопросы для самоконтроля
1. Почему схема инвертора напряжения на рис. 8.17, б без импульсной модуляции выходного напряжения не используется для совместной работы с сетью переменного тока?
2. Какие функции выполняют фильтры на стороне переменного тока в преобразователях с ШИМ, работающих совместно с сетью, и чем определяется мощность индуктивных и емкостных элементов этих фильтров?
3. Какой из преобразователей, выполненных по схемам со свойствами источника тока или напряжения, является более инерционным?
4. Какие функции выполняют диоды, подключенные параллельно или последовательно к транзисторам в схемах преобразователей?
5. Как изменится выходное напряжение выпрямителя с корректором мощности?