Материал: s_electro
Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Г. С. ЗИНОВЬЕВ
ОСНОВЫ СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ
ЧАСТЬ 1
Учебник
НОВОСИБИРСК
2001
Зиновьев Г. С. Основы силовой электроники: Учебник. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1999. Ч.1. – 199 с.
ISBN 5-7782-0264-4
Настоящий учебник предназначен (при двух уровнях глубины изложения материала) для студентов факультетов ФЭН, ЭМФ, не являющихся «специалистами» по силовой электронике, но изучающих курсы различных названий по использованию устройств силовой электроники в электроэнергетических, электромеханических, электротехнических системах. Разделы учебника, выделенные рубленым шрифтом, предназначены (также при двух уровнях глубины изложения) для дополнительного, более глубокого изучения курса, что позволяет использовать его и как учебное пособие для студентов специальности «Промэлектроника» РЭФ, которые готовятся «как специалисты» по силовой электронике. Таким образом, в предлагаемом издании реализован принцип «четыре в одном». Добавленные в отдельные разделы обзоры научно-технической литературы по соответствующим разделам курса позволяют рекомендовать пособие как информационное издание и для магистрантов и аспирантов.
Ил. 73, табл. 3, библ. назв. 50
Рецензенты д-р техн. наук, проф. В. З. Манусов,
проф. Е. А. Подъяков
Работа выполнена на кафедре промэлектроники
ISBN 5-7782-0264-4 |
© Зиновьев Г. С., 1999 г. |
|
© Новосибирский государственный |
|
технический университет, 1999 г. |
|
2 |
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
ПРЕДИСЛОВИЕ............................................................................................................... |
6 |
1. Научно-технические и методические основы исследования устройств силовой |
|
электроники................................................................................................................... |
11 |
1.1. Методология системного подхода к анализу устройств силовой электро- |
|
ники ..................................................................................................................... |
11 |
1.2. Энергетические показатели качества преобразования энергии в вентиль- |
|
ных преобразователях ....................................................................................... |
15 |
1.2.1. Энергетические показатели качества электромагнитных процессов ... |
15 |
1.2.2. Энергетические показатели качества использования элементов |
|
устройства и устройства в целом ......................................................... |
17 |
1.3. Элементная база вентильных преобразователей ........................................... |
21 |
1.3.1. Силовые полупроводниковые приборы ............................................... |
21 |
1.3.1.1. Вентили с неполным управлением .......................................... |
22 |
1.3.1.2. Вентили с полным управлением .............................................. |
26 |
1.3.1.2.1. Запираемые тиристоры .......................................................... |
26 |
1.3.1.2.2. Транзисторы ............................................................................ |
27 |
1.3.2. Трансформаторы и реакторы ................................................................. |
32 |
1.3.3. Конденсаторы .......................................................................................... |
34 |
1.4. Виды преобразователей электрической энергии ........................................... |
35 |
1.5. Методы расчета энергетических показателей ................................................ |
40 |
1.5.1. Математические модели вентильных преобразователей .................... |
40 |
1.5.2. Методы расчета энергетических показателей преобразователей ...... |
41 |
1.5.2.1. Интегральный метод ................................................................. |
41 |
1.5.2.2. Спектральный метод ................................................................. |
42 |
1.5.2.3. Прямой метод ............................................................................. |
43 |
1.5.2.3.1. Метод АДУ1 ........................................................................... |
44 |
1.5.2.3.2. Метод АДУ2 ........................................................................... |
50 |
1.5.2.3.3. Метод АДУ(1) ......................................................................... |
53 |
1.5.2.3.4. Методы АДУМ1, АДУМ2, АДУМ(1) .................................. |
55 |
1.5.2.3.5. Заключительные замечания. .................................................. |
57 |
Вопросы к главе 1 ............................................................................................................ |
58 |
3 |
|
Упражнения к главе 1 ...................................................................................................... |
59 |
2.Теория проеобразования переменного тока в постоянный при идеальных |
|
параметрах преобразователя........................................................................................ |
60 |
2.1. Выпрямитель как система. Основные определения и обозначения ............ |
60 |
2.2. Механизм преобразования переменного тока в выпрямленный в базовой |
|
ячейке ДТ/ОТ ..................................................................................................... |
65 |
2.3. Двухфазный выпрямитель однофазного тока (m1 = 1, m2 = 2, q = 1) .......... |
70 |
2.4. Выпрямитель однофазного тока по мостовой схеме (m1 = m2 = 1, q = 2) .... |
79 |
2.5. Выпрямитель трехфазного тока со схемой соединения обмоток транс- |
|
форматора треугольник - звезда с нулевым выводом (m1 =m2 = 3, q = 1) ... |
81 |
2.6. Выпрямитель трехфазного тока со схемой соединения обмоток транс- |
|
форматора звезда - зигзаг с нулем (m1 = m2 = 3, q = 1) .................................. |
89 |
2.7.Шестифазный выпрямитель трехфазного тока с соединением вторичных обмоток трансформатора звезда - обратная звезда с уравнительным реак-
тором (m1 = 3, m2 = 2 х 3, q = 1) ........................................................................ |
93 |
2.8. Выпрямитель трехфазного тока по мостовой схеме (m1=m2=3, q=2).. ......... |
101 |
2.9. Управляемые выпрямители. Регулировочная характеристика .................... |
105 |
Вопросы к главе 2 ............................................................................................................ |
109 |
Упражнения к главе 2 ...................................................................................................... |
110 |
3. Теория преобразования переменного тока в постоянный (с рекуперацией ) с |
|
учетом реальных параметров элементов преобразователя...................................... |
111 |
3.1. Процесс коммутации в управляемом выпрямителе с реальным трансфор- |
|
матором. Внешняя характеристика ................................................................. |
111 |
3.2. Теория работы выпрямителя на противоЭДС при конечном значении ин- |
|
дуктивности Ld ................................................................................................... |
119 |
3.2.1. Режим прерывистого тока (λ < 2π/qm2) ................................................ |
120 |
3.2.2. Режим предельно-непрерывного тока (λ = 2π/qm2) ............................. |
123 |
3.2.3. Режим непрерывного тока (λ > 2π/qm2) ................................................ |
123 |
3.3. Работа выпрямителя с конденсаторным сглаживающим фильтром ........... |
126 |
3.4.Обращение направления потока активной мощности в вентильном преобразователе с противоЭДС в звене постоянного тока - режим зависимо-
го инвертирования ............................................................................................. |
127 |
3.4.1. Зависимый инвертор однофазного тока (m1=1, m2=2, q=1) ................ |
129 |
3.4.2. Зависимый инвертор трехфазного тока (m1=3, m2=3, q=1).................. |
136 |
3.5.* Общая зависимость первичного тока выпрямителя от анодного и вы- |
|
прямленного токов (закон Чернышева) .......................................................... |
138 |
3.6. Спектры первичных токов трансформаторов выпрямителей и зависимых |
|
инверторов ......................................................................................................... |
142 |
3.7. Спектры выпрямленного и инвертируемого напряжений вентильного |
|
преобразователя ................................................................................................ |
146 |
3.8. * Оптимизация числа вторичных фаз трансформатора выпрямителя. Эк- |
|
вивалентные многофазные схемы выпрямления ........................................... |
149 |
4 |
|
3.9. * Влияние коммутации на действующие значения токов трансформатора |
|
и его типовую мощность .................................................................................. |
154 |
3.10. КПД и коэффициент мощности вентильного преобразователя в режиме |
|
выпрямления и зависимого инвертирования .............................................. |
156 |
3.10.1. Коэффициент полезного действия ................................................... |
156 |
3.10.2. Коэффициент мощности ................................................................... |
158 |
3.11. Выпрямители на полностью управляемых вентилях .................................. |
160 |
3.11.1. Выпрямитель с опережающим фазовым регулированием ............ |
161 |
3.11.2. Выпрямитель с широтно-импульсным регулированием выпрям- |
|
ленного напряжения ........................................................................... |
162 |
3.11.3. Выпрямитель с принудительным формированием кривой тока, |
|
потребляемого из питающей сети .................................................... |
165 |
3.12. Реверсивный вентильный преобразователь (реверсивный выпрямитель) .... |
169 |
3.13. Электромагнитная совместимость вентильного преобразователя с пи- |
|
тающей сетью ................................................................................................. |
173 |
Вопросы к главе 3 ............................................................................................................ |
179 |
Упражнения к главе 3 ...................................................................................................... |
180 |
4. Модельный пример электрического проектирования выпрямителя...................... |
182 |
4.1. Выбор схемы выпрямителя (этап структурного синтеза) ............................. |
182 |
4.2. Расчет параметров элементов схемы управляемого выпрямителя (этап |
|
параметрического синтеза) .............................................................................. |
186 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................................ |
192 |
ЛИТЕРАТУРА ................................................................................................................. |
194 |
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ ....................................................................................... |
197 |
5