Попов И. И. Основы энергетической электроники: Учеб. пособие.- Йошкар-Ола: МарГУ, 2003

 

 

Рассматриваются теоретические и практические вопросы, связанные с использованием полупроводниковых силовых преобразователей электрической энергии. Приведены схемы исполнения, режимы работы, технические характеристики преобразователей и устройств на их основе. Особое внимание уделено особенностям эксплуатации силовых преобразователей электрической энергии. Даны методические указания по выполнению лабораторных работ и практических расчётов основных схем преобразователей по дисциплине «Энергетическая электроника».

Предназначено для студентов электроэнергетических специальностей высших учебных заведений по направлению «Электроэнергетика».

 

 

Учебный курс “Промышленная электроника, часть 2” или “Энергетическая электроника” включает в себя основы современной преобразовательной техники, применяемой в электроэнергетике.

Задачей курса является изучение принципа работы и особенностей схем преобразовательной техники, характеристик их элементов и особенностей эксплуатации преобразователей.

В настоящее время 20-25 процентов электроэнергии потребляется в виде постоянного тока. Основное же потребление электроэнергии осуществляется в виде переменного тока.

Развитие современной техники и технологии ставит перед электроэнергетикой задачи выработки электроэнергии в виде постоянного тока, в виде переменного тока промышленной и нестандартной частоты с различным числом фаз, с регулируемой частотой, током и напряжением.

Усиливающиеся требования к экономии материалов и электроэнергии в электрическом оборудовании могут быть лучше всего выполнены с помощью современной энергетической электроники, в основном базирующейся на полупроводниковой технике.

По сравнению с классическими видами преобразования и преобразовательными устройствами использование силовых полупроводниковых преобразователей дает следующие преимущества:

1. Сокращение объема и массы в 3-7 раз, что приводит к сокращению затрат на элементы конструкции и позволяет в ряде случаев отказаться от подъемных механизмов и тяжелых фундаментов.

2. Уменьшение потерь за счет меньшего падения напряжения на вентилях (20-24 В ртутные, 0.5 В полупроводниковые диоды, 1.2 В тиристоры).

3.  Входное напряжение до 380-660 В без последовательного соединения вентилей;

4. КПД до 98 процентов:

- выше 10-40 % по сравнению с двигательными агрегатами с неполной нагрузкой

- на 5-10 % с полной нагрузкой

- на 10-30 % при частичном использовании номинальной мощности

- на 30-50 % при частом холостом ходе (сварочные выпрямители)

5. В электрическом транспорте - отказ от пусковых реостатов и применение рекуперации энергии при торможении дает экономию электроэнергии до 20-30 процентов.

6. Снижение стоимости и потерь электроэнергии благодаря использованию новых схем, специальных импульсных малогабаритных конденсаторов, высокоэффективных магнитных материалов и постоянному улучшению параметров полупроводника.

7. Практически безынерционные и долговечные схемы на полупроводниковых элементах.

8. Возможность выбора силовых приборов на разные номинальные токи и напряжения в комбинации с различными охладителями, а также параллельное и последовательное соединение приборов.

На практике для питания электрохимических установок используются преобразовательные устройства на токи от нескольких ампер до более 100 кА.

Рис. 1.1. Режимы работы преобразователей

В - выпрямитель; И - инвертор; ПЧ - преобразователь частоты; Р1 - регулятор постоянного напряжения; Р2 - регулятор переменного напряжения

 1.1 Принципы построения преобразователей

Принцип работы преобразователя основан на периодическом включении и выключении тех или иных полупроводниковых приборов (вентилей). Под включенным понимается проводящее или открытое, а под выключенным - непроводящее или закрытое (запертое) состояние полупроводникового прибора. Особое значение для реализации показанных на рис. 1.1 типов преобразователей имеет принцип выключения или запирания прибора, приводящий к размыканию соответствующей ветви силовой цепи. Способ выключения зависит от вида источника напряжения, который обеспечивает ток, необходимый для выключения полупроводникового прибора. В большинстве случаев ток, проходящий через прибор, который выключается, переводится под действием этого источника напряжения в другую ветвь цепи за счет включения (отпирания) прибора в этой ветви; такой процесс называется коммутацией. Если источником коммутирующего напряжения является первичная или вторичная сеть переменного тока, коммутацию называют сетевой (или естественной); если источником коммутирующего напряжения является вспомогательное напряжение, получаемое с помощью элементов, входящих в специальные коммутирующие цепи самого преобразователя (вентилей, конденсаторов, дросселей и др.), коммутацию называют принудительной (или искусственной). В последнем случае могут быть также использованы приборы, которые полностью или частично (т.е. в комбинации с другими средствами) выключаются с помощью управляющего электрода, например транзисторы или специальные запираемые тиристоры.

В соответствии со своим назначением и требуемым законом регулирования преобразователь может иметь различные регулировочные характеристики. Под “регулированием” в этом смысле понимается любое изменение электрической мощности, передаваемой из входной (питающей) сети в выходную (приемную) сеть, или любое наперед заданное изменение напряжения U, тока I или частоты f в выходной сети.

Не все виды преобразования выходных параметров (U, I, f) или мощности могут быть реализованы с помощью простейших схем преобразователей, поэтому еще существуют комбинированные преобразователи. Простые преобразователи основаны на использовании какой-либо одной из основных преобразовательных схем, в их состав входят один или несколько силовых приборов и соответствующие вспомогательные элементы. Комбинированные преобразователи основаны на использовании нескольких простейших преобразователей, которые электрически соединены между собой.

Каждый преобразователь является законченным прибором или устройством и в зависимости от назначения, технологических требований и типа преобразователя включает в определенной комбинации функциональные части (или некоторые из них), показанные на рис. 1.2.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: