ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Политехнический институт Сибирского федерального университета преобразовательная техника
Конспект лекций
Красноярск 2007
УДК 621.314.2
|
Преобразовательная техника. Конспект лекций/ Сост.: А. А. Лопатин. Красноярск: ИПЦ ПИ СФУ, 2007. 144 с. |
Изложены принципы преобразования электрической энергии в базовых схемах выпрямления, инвертирования, преобразования частоты и напряжения. Предназначен для проведения лекционных занятий по курсу «Преобразовательная техника» для студентов, обучающихся по специальности 140604.65 – «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов», а также студентов других специальностей изучающих данную или смежные дисциплины.
Печатается по решению
Редакционно-издательского совета университета
УДК 621.314.2
© ПИ СФУ, 2007
1 Модуль 1. Преобразователи постоянного тока
1.1 Введение. Объем и содержание курса
Дисциплина «Преобразовательная техника» предназначена для изучения силовых электронных усилительно - преобразовательных устройств. В электроэнергетике существуют источники постоянного и переменного тока. Подавляющая часть электрической энергии для сетей общего пользования вырабатывается трехфазными синхронными генераторами со стандартным уровнем напряжения и частоты. В автономных системах электроснабжения для производства электрической энергии используют асинхронные генераторы, а в отдельных случаях - специальные электрические машины, как правило, с повышенной частотой (400, 800, 1200 Гц и выше).
К первичным источникам электроэнергии постоянного тока относятся генераторы, аккумуляторы, солнечные и тепловые элементы, МГД-генераторы.
В соответствии с двумя видами источников существуют и два вида потребителей переменного тока (одно и многофазные) и потребители постоянного или пульсирующего однонаправленного тока.
Для наиболее эффективного использования электрической энергии, генерируемой с постоянными параметрами, различные потребители требуют использования электрической энергии с нестандартными параметрами: частотой, регулируемым напряжением, другим числом фаз, нежели в источнике энергии, Поэтому необходимы преобразователи электроэнергии между источником и потребителем. В развитых странах сегодня примерно 40 % вырабатываемой электроэнергии перед использованием подвергаются преобразованию.
Преобразовательная
техника является сегодня электротехнической
отраслью, продукция которой жизненно
необходима всем другим электротехническим
и электроэнергетическим отраслям
промышленности. Объем годового потребления
в мире равен
кВт ч. Ежегодные затраты на производство
электроэнергии составляют 400...500 млрд
долл., причем из них 72...78 млрд долл.
приходятся на прямые потери генерирующих,
передающих и потребляющих объектов.
Основными потребителями электроэнергии сегодня являются электроприводы различного назначения (51%), освещение (19%), нагрев/охлаждение (16%), телекоммуникации (14%). При этом менее 25% энергии используются оптимально для совершения требуемой работы. Минимизация потерь достигается применением высокоэффективных методов управляемого преобразования электроэнергии сети в энергию управления объектом. В основе большинства таких методов лежит использование высокоэффективных преобразователей электрической энергии. Так, например, промышленный электропривод, управляемый с помощью полупроводникового преобразователя электрической энергии, экономит до 40% электроэнергии по сравнению с нерегулируемым электроприводом. В настоящее время доля регулируемых электроприводов в мировых технологиях не превышает 40%. В связи с чем, развитие преобразовательной техники и расширение ее использования является актуальной задачей.
Курс разбит на два модуля: преобразователи постоянного тока, преобразователи переменного тока.
Для изучения тем первого модуля отводится шестой семестр, в течение которого проводится семнадцать лекций (34 часа), семнадцать лабораторных занятий (34 часа) и двадцать часов отводится на самостоятельную подготовку. На лекциях рассматривается двенадцать разделов (гл. 1.2 – 1.13), на лабораторных занятиях проводится восемь лабораторных работ, а за время самостоятельной подготовки дополнительно изучается восемь разделов посвященные характеристикам, устройству и принципам работы преобразователей постоянного тока. В конце шестого семестра проводится зачет.
Для изучения тем второго модуля отводится седьмой семестр, в течение которого проводится восемь лекций (16 часов), семнадцать лабораторных занятий (34 часа) и десять часов отводится на самостоятельную подготовку. На лекциях рассматривается четыре раздела (гл. 2.1 – 2.4), на лабораторных занятиях проводится четыре лабораторных работы, а за время самостоятельной подготовки дополнительно изучается четыре раздела посвященные характеристикам, устройству и принципам работы преобразователей переменного тока. В конце седьмого семестра проводится экзамен. По материалам шестого семестра в седьмом семестре выполняется курсовой проект, для выполнения которого отводится 34 часа самостоятельной работы. Выполнение курсового проекта заключается в проектировании реверсивного тиристорного преобразователя постоянного тока. Курсовой проект включает в себя расчет и выбор элементов преобразователя, построение регулировочных, внешних и мощностных характеристик.
Основная литература:
1. Зиновьев Г. С. Основы силовой электроники. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003.
2. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. - М.: Высшая Шк., 1982.
3. Горбачев Н.Г., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. - М.: Энергоатомиздат, 1988.
4. Ковалева Ф. И. Полупроводниковые выпрямители. – М.: Энергия, 1978.
5. Электронные устройства. Методические указания по лабораторным работам 1, 2 / Сост. Л. Г. Агаханов, А. П. Образцов, В. М. Скрипников. Красноярск: КрПИ, 1990. 36 с.
6. Электронные и преобразовательные устройства: Контрольные задания и метод. Указания для студентов электротехнических специальностей всех форм обучения / Сост. В.М. Бычков, С.Р. Залялеев, А.В. Казанцев и др. Красноярск: КГТУ, 1997. 24 с.
7. Исследование выпрямителей и инверторов на ЭВМ: Метод. указания по лабораторным и курсовым работам для студентов электротехнических специальностей / Сост. А.В. Казанцев, В. М. Скрипников, А. П. Образцов. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2002. 44 с.
8. Преобразовательная техника: Метод. указания по лабораторным работам для студентов электромеханического факультета / Сост. А.В. Казанцев, А. П. Образцов, В. М. Скрипников. Красноярск: КГТУ, 1998; КГТУ. 39 с.
9. Проектирование тиристорных преобразователей постоянного тока: Метод. указания по курсовому проектированию для студентов ЭМФ / Сост. А. П. Образцов, В. М. Скрипников. Красноярск: КГТУ, 1999. КГТУ. 87 с.
Дополнительная литература:
1. Справочник по преобразовательной технике. Под ред. И. М. Чиженко. – Киев: Техника, 1978.
2. Руденко В.С., Сенько В.И., Чиженко И.М. Преобразовательная техника. - М.: Высшая шк., 1980.
3. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Г. С. Найвельт, К. Б. Мазель, Ч. И. Хусаинов и др.; Под ред. Г. С. Найвельта. М., 1986.
4. Глух Е. М., Зеленов В. Е. Защита полупроводниковых преобразователей. – М.: Энергия, 1978.