УДК 621.314.2 (075.8) З-635
Рецензенты: д-р техн. наук, проф. В.З. Манусов,
проф. Е.А. Подъяков
Работа выполнена на кафедре промэлектроники для студентов III – IV курсов
ФЭН, ЭМФ, РЭФ
Зиновьев Г.С.
З 635 Основы силовой электроники: Учебник. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000. – Ч. 2 – 197 с.
ISBN 5-7782-0323-3
Вторая часть учебника, являясь продолжением первой части, изданной в 1999 г., посвящена изложению базовых схем преобразователей постоянного напряжения в постоянное, постоянного – в переменное (автономные инверторы), переменного напряжения в переменное напряжение неизменной или регулируемой частоты. Материал также структурирован в соответствии с принципом «четыре в одном» по четырем уровням доступности изложения: два уровня для «неспециалистов» по силовой электронике и два уровня для «специалистов» по силовой электронике. Основным методом анализа энергетических характеристик преобразователей является прямой метод.
ISBN 5-7782-0323-3 |
УДК 621.314.2 (075.8) |
|
© Зиновьев Г.С., 2000 г. |
|
© Новосибирский государственный |
|
технический университет, 2000 г. |
2
О Г Л А В Л Е Н И Е |
|
Предисловие .................................................................................................................... |
7 |
1. Преобразователи постоянного напряжения в постоянное .................................... |
9 |
1.1. Широтно-импульсные преобразователи (ШИП) |
|
постоянного напряжения .................................................................................... |
9 |
1.1.1. Схемы широтно-импульсных преобразователей ................................. |
9 |
1.1.2. Характеристики ШИП при реальных параметрах |
|
элементов ............................................................................................... |
15 |
1.1.3. Достоинства и недостатки широтно-импульсных |
|
преобразователей.................................................................................... |
19 |
1.2. Преобразователи с управляемым обменом энергии |
|
между реактивными элементами схемы ......................................................... |
20 |
1.2.1. Повышающий преобразователь ............................................................ |
20 |
1.2.2. Повышающе-понижающие преобразователи ...................................... |
24 |
1.2.2.1. «Инвертирующий» преобразователь ..................................... |
24 |
1.2.2.2. Преобразователь Кука ............................................................. |
28 |
1.2.3. Преобразователи с трансформаторной развязкой |
|
входа и выхода ....................................................................................... |
31 |
1.2.3.1. Обратноходовой преобразователь .......................................... |
31 |
1.2.3.2. Прямоходовой преобразователь ............................................. |
32 |
1.3.* Преобразователи с использованием резонансных явлений |
|
LC-контуров ...................................................................................................... |
32 |
1.3.1. Квазирезонансный понижающий преобразователь |
|
с переключением при нулевом токе (КРП-ПНТ) ............................... |
34 |
1.3.2. Квазирезонансный понижающий преобразователь |
|
с переключением при нулевом напряжении (КРП-ПНН) ................. |
37 |
1.4.* Преобразователи с дозированной передачей энергии |
|
в нагрузку .......................................................................................................... |
39 |
1.5.* Метод осреднения переменных состояния .................................................... |
43 |
Вопросы к главе 1 ......................................................................................................... |
49 |
3
2. Преобразователи постоянного напряжения в переменное – |
|
автономные инверторы ............................................................................................ |
50 |
2.1. Инверторы тока .................................................................................................. |
51 |
2.1.1. Параллельный инвертор тока ............................................................... |
52 |
2.1.2. Развитие схемотехники инверторов тока ............................................ |
57 |
2.1.2.1. Последовательно-параллельный инвертор тока ................... |
57 |
2.1.2.2. Инвертор тока с отсекающими вентилями ............................ |
57 |
2.1.2.3. Инвертор тока с выпрямителем обратного тока ................... |
60 |
2.1.2.4. Инвертор тока с тиристорно-реакторным |
|
регулятором ............................................................................ |
62 |
2.1.2.5.* Инвертор тока с широтно-импульсным способом |
|
формирования кривой выходного тока ............................... |
64 |
2.1.3. Заключительные замечания по инверторам тока................................. |
66 |
2.2. Резонансные инверторы .................................................................................... |
66 |
2.2.1. Параллельный и последовательно-параллельный |
|
резонансные инверторы с закрытым входом .................................... |
67 |
2.2.2. Резонансные инверторы с открытым входом ...................................... |
68 |
2.2.2.1. Классические схемы последовательных |
|
резонансных инверторов (без обратных |
|
вентилей).................................................................................... |
68 |
2.2.2.2. Резонансные инверторы с вентилями |
|
обратного тока........................................................................... |
69 |
2.2.3.* Резонансные инверторы с умножением частоты .............................. |
79 |
2.2.3.1. Инвертор с удвоением частоты .............................................. |
79 |
2.2.3.2. Многоячейковые инверторы ................................................... |
81 |
2.2.4. Резонансный инвертор класса Е ........................................................... |
82 |
2.2.5. Заключительные замечания по резонансным |
|
инверторам.............................................................................................. |
83 |
2.3. Инверторы напряжения ..................................................................................... |
84 |
2.3.1. Однофазные инверторы напряжения.................................................... |
84 |
2.3.2. Базовые схемы трехфазных инверторов напряжения ........................ |
91 |
2.3.2.1. Трехфазный мостовой инвертор ............................................. |
91 |
2.3.2.2. Трехфазный инвертор напряжения на базе |
|
трех однофазных мостовых схем ......................................... |
101 |
2.3.3. Трехуровневый трехфазный инвертор ............................................... |
103 |
2.3.4. Пятиуровневые и m-уровневые инверторы напряжения ................. |
105 |
Вопросы к главе 2 ....................................................................................................... |
107 |
4
3. Регуляторы переменного напряжения .................................................................. |
108 |
3.1. Классификация регуляторов переменного напряжения............................... |
108 |
3.2. Регуляторы с фазовым способом регулирования ......................................... |
109 |
3.2.1. Базовые схемы регуляторов ................................................................ |
109 |
3.2.2. Основные характеристики регуляторов ............................................ |
111 |
3.3. Регуляторы с вольтодобавкой ........................................................................ |
113 |
3.4. Регуляторы с широтно-импульсным способом регулированием ............... |
115 |
3.4.1. Базовые схемы и способы регулирования ......................................... |
118 |
3.4.2. Основные характеристики регуляторов .................................................. |
|
3.5.* Регуляторы с коэффициентом преобразования по напряжению |
|
больше единицы (повышающие и повышающе-понижающие |
|
регуляторы) ..................................................................................................... |
121 |
3.5.1. Схемы регуляторов .............................................................................. |
121 |
3.5.2. Основные характеристики регуляторов ............................................ |
124 |
Вопросы к главе 3 ....................................................................................................... |
129 |
4. Преобразователи переменного тока в переменный – |
|
преобразователи частоты ....................................................................................... |
130 |
4.1. Непосредственные преобразователи частоты на вентилях |
|
с неполным управлением ............................................................................... |
131 |
4.1.1. Принцип действия преобразователя .................................................. |
131 |
4.1.2. Основные характеристики преобразователя ..................................... |
136 |
4.2. Непосредственные преобразователи частоты на вентилях |
|
с полным управлением и циклическим методом формирования |
|
кривой выходного напряжения ..................................................................... |
140 |
4.2.1. Принцип действия преобразователя .................................................. |
140 |
4.2.2. Основные характеристики преобразователя ..................................... |
143 |
4.3.* Непосредственные преобразователи частоты с коэффициентом |
|
преобразования по напряжению больше единицы (повышающие |
|
циклоконверторы) .......................................................................................... |
146 |
Вопросы к главе 4 ....................................................................................................... |
150 |
5. Вентильные компенсаторы неактивных составляющих полной |
|
мощности ................................................................................................................. |
151 |
5.1. Компенсаторы реактивной мощности ........................................................... |
151 |
5.1.1. Конденсаторы, коммутируемые тиристорами (ККТ) ....................... |
151 |
5.1.2. Реакторы, управляемые тиристорами (РУТ) ..................................... |
152 |
5.1.3. Конденсаторно-реакторные компенсаторы реактивной |
|
мощности (КРК) .................................................................................. |
154 |
5.1.4. Компенсаторы с вентильным источником реактивного |
|
напряжения........................................................................................... |
155 |
5.2. Компенсаторы мощности искажений – активные фильтры ........................ |
157 |
Вопросы к главе 5 ....................................................................................................... |
160 |
5
6. Методы и системы управления вентильными преобразователями ................... |
161 |
6.1. Требования к системам управления ............................................................... |
161 |
6.2. Многоканальная синхронная разомкнутая система управления |
|
«вертикального» типа..................................................................................... |
164 |
6.2.1. Структура системы .............................................................................. |
164 |
6.2.2. Передаточные характеристики системы ............................................ |
166 |
6.3. Одноканальная синхронная система управления вертикального типа....... |
170 |
6.4. Одноканальная асинхронная система управления |
|
непрерывного слежения ................................................................................. |
171 |
6.5. Особенности управления некоторыми видами преобразователей |
|
на вентилях с неполным управлением ......................................................... |
175 |
6.6. Особенности управления преобразователями с широтно-импульсным |
|
регулированием ............................................................................................... |
177 |
6.6.1. Системы с вертикальным способом управления............................... |
177 |
6.6.2. Системы со следящим способом управления. ................................... |
180 |
6.7.Особенности управления преобразователями на вентилях
сполным управлением с синусоидальной широтно-импульсной
модуляцией....................................................................................................... |
182 |
6.7.1. Системы вертикального управления с формированием |
|
фазных напряжений трехфазного инвертора..................................... |
183 |
6.7.2. Системы управления с регулированием компонентов |
|
обобщенного вектора напряжения (тока)........................................... |
187 |
6.7.3. Системы управления инверторами со слежением ............................. |
187 |
за токами................................................................................................ |
191 |
Вопросы к главе 6 ....................................................................................................... |
192 |
Литература ................................................................................................................... |
194 |
Предметный указатель................................................................................................. |
196 |
6