ГОУВПО «Воронежский государственный технический

ГОУВПО «Воронежский государственный технический

университет»

А. И. Зайцев, А.С. Плехов

СИЛОВАЯ ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Часть 2

Допущено Учебно-методическим объединением вузов по агроинженерному образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 110302- «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» и магистров по направлению 500 800 «Агроинженерия», спецализация «Автоматизация технологических процессов».

Воронеж

Издательство «Научная книга»

ББК 31.279.1я7

З 17

УДК 621.31(075.8)

 

 

Зайцев А. И.

Силовая промышленная электроника: учеб. пособие / А.И. Зайцев. Воронеж: Издательство «Научная книга», 2007. Ч. 2. - 124 с. (Учебная серия «Открытое образование»).

 

В учебном пособии изложены общие вопросы принципов построения, исследования режимов работы, определения энергетических показателей, электромагнитной совместимости с питающей системой электроснабжения преобразователей переменного и постоянного тока.

Предназначено для использования в учебном процессе при изучении дисциплины «преобразовательная техника» при подготовке магистров по направлению 500 800 «Агроинженерия» и «Электроснабжение» для студентов специальности 110302 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства».

Учебное пособие может быть полезным для студентов специальностей 140601 «Электромеханика» и 140604 «Электропривод и автоматизация промышленных установок и технологических комплексов», аспирантам и специалистам, занимающимся вопросами электрификации промышленности и сельского хозяйства.

Издание соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 660300 «Агроинженерия», специальности 110302 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» и направлению 500 800 «Агроинженерия» подготовки для получения степени (квалификации) «магистр».

 

 

Научный редактор канд. техн. наук, доц. В. А. Сергеев

 

Рецензенты: кафедра электрификации сельского хозяйства

Воронежского государственного агроуниверситета (зав. кафедрой канд. техн. наук, доц. В.В. Картавцев);

д-р техн. наук, проф. В.Д. Волков

 

 

Ó Зайцев А.И., Плехов А.С.,2007

Ó Издательство «Научная книга», 2007

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ

4 4. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ

ГЛАВА

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЕПЕЙ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРАМИ

4.2. НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СИФУ

СИСТЕМЫ ИМПУЛЬСНО – ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ

4.4. ПРИМЕРЫ СХЕМНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ СИФУ

 

5 5. ТИРИСТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДЛЯ

ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

ГЛАВА

ДВИГАТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ

5.2. ИНВЕРТОРНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ УПРАВЛЯЕМОГО

ВЫПРЯМИТЕЛЯ В СИСТЕМЕ УВ - ДПТ

5.3. РЕВЕРС В СИСТЕМЕ УВ – ДПТ

 

6 6. ИМПУЛЬСНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛи

ГЛАВА ПОСТОЯННОГО ТОКА

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

УЗЛЫ ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ КОММУТАЦИИ ТИРИСТОРОВ

6.3. ИМПУЛЬСНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С ШИМ

СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

ГЛАВА

ИНВЕРТОРЫ

ГЛАВА

ИНВЕРТОРЫ, ВЕДОМЫЕ СЕТЬЮ

АВТОНОМНЫЕ ИНВЕРТОРЫ

НЕПОСРЕДСТВЕННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ

ТРЕХФАЗНЫЕ АВТОНОМНЫЕ ИНВЕРТОРЫ ТОКА

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ

 

Данная работа является учебным пособием по курсу "Силовая промышленная электроника", который читается в вузах для студентов специальностей 311400 "Электрификация и автоматизация сельского хозяйства" и для использования в учебном процессе при изучении дисциплины «преобразовательная техника» при подготовке магистров по направлению 500 800 «Агроинженерия, 180100 "Электромеханика", 180400 "Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов".

Учебное пособие включает восемь глав.

Во введении приведены основные понятия и определения и обосновывается взаимосвязь изучаемого материала с будущей профессией. В первой и второй главах рассмотрены основные типовые схемы неуправляемых и управляемых преобразователей переменного тока в постоянный, проведен анализ основных режимов, энергетических показателей, рассмотрены методики определения параметров основных элементов. Третья глава посвящена рассмотрению особенностей работы выпрямительных установок в режиме искусственной коммутации. В четвертой главе рассмотрены принципы построения систем управления преобразователями. Пятая глава содержит материал практического применения преобразователей для создания регулируемого электропривода постоянного тока. Шестая и седьмая главы посвящены рассмотрению работы импульсных преобразователей постоянного и переменного напряжений. В восьмой главе рассмотрены особенности режимов однофазных и трехфазных инверторов.

Заключение содержит рекомендации по использованию приведенного в учебном пособии материала для успешного изучения дисциплины учебного плана и качественного выполнения дипломного проектирования.

Методические указания по работе с учебным пособием:

- знакомство с программным материалом;

- изучение содержания основных глав;

- выполнение курсового проекта;

- подготовка к лабораторным работам и экзамену.

Изучение материалов данного пособия достаточно для подготовки к экзамену. При необходимости получения дополнительных консультаций у преподавателя студенты могут воспользоваться электронной почтой кафедры ЭМСЭС (emses @ list.ru).

 

 

4 4. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ

ГЛАВА

Рис. 4.4. Временные диаграммы управляющих импульсов в трехфазной мостовой схеме

 

В связи с тем, что в трехфазном мостовом выпрямителе моменты времени отпирания тиристоров катодной и анодной группы сдвинуты во времени на 1/6 часть периода напряжения питания, пуск, а также работа выпрямителя в режиме прерывистого тока, где он включается как бы впервые (на нулевой ток цепи нагрузки), возможны или при длительности управляющего импульса больше , или при подаче на управляющий электрод последовательно двух коротких импульсов, сдвинутых взаимно на . Во втором случае мощность системы управления существенно меньше, чем при применении длинных импульсов

 

 

Рис. 4.7. Функциональная схема шестиканального СИФУ для трехфазной мостовой схемы

 

Необходимый фазовый сдвиг управляющих импульсов относительно анодного напряжения тиристоров создается с помощью синхронизатора и фазосдвигающего устройства. ГПН, входящий в состав ФСУ, работает с частотой, равной частоте сети.

Часто в системах управления выпрямителями сочетают принципы одноканального и многоканального способов управления. Например, на рис. 4.8 приведена трехканальная система управления для трехфазного мостового выпрямителя.

Каждый канал служит для управления противофазными тиристорами моста. Например, первый канал вырабатывает импульсы управления и , соответственно для управления тиристорами VS1 и VS4 (см. рис. 4.9). Фазосдвигающие устройства ФС1-ФС3 в этой схеме работают с частотой, в 2 раза превышающей частоту сети. Распределители импульсов РИ1-РИ3 осуществляют распределение импульсов, сформированных формирователями ФИ1-ФИ3 по противофазным тиристорам.

Схемы рис. 4.7 и 4.8 могут обеспечить нормальное функционирование трехфазной мостовой схемы выпрямителя, если их формирователи импульсов будут иметь выходные сигналы с длительностью более 60 эл. град.

 

 

Рис. 4.8. Трехканальная СИФУ для трехфазного мостового выпрямителя

 

При управлении короткими импульсами каждый выходной каскад (рис. 4.9) должен иметь два входа, первый из которых предназначен для передачи “своего” импульса, а второй – для “чужого” импульса, сдвинутого на угол 60 эл.град.относительно “своего” импульса (рис.4.4).

 

 

 

 

Рис. 4.9. Схема формирования сдвоенных импульсов

Примеры схемной реализации систем импульсно-фазового

Управления выпрямителями

 

Функциональная схема СИФУ для реверсивного выпрямителя с раздельным управлением однофазными мостовыми комплектами приведена на рис. 4.10, временные диаграммы, поясняющие ее работу, - на рис. 4.11.

Рис. 4.10. Функциональная схема СИФУ для реверсивного выпрямителя с раздельным управлением однофазными мостовыми комплектами

Рис.4.11. Временные диаграммы напряжений СИФУ для реверсивного выпрямителя с раздельным управлением однофазными мостовыми комплектами

 

СИФУ выполнена по одноканальному принципу. Она включает в себя следующие основные узлы: источник синхронизирующего напряжения – трансформатор TV; пороговые элементы ПЭ1, ПЭ2; формирователь синхронизирующих импульсов ФСИ; генератор пилообразного напряжения ГПН; нуль-орган НО; формирователь длительности импульсов ФДИ; схемы совпадения СС1-СС4; усилители импульсов УИ1-УИ4; выходные каскады ВК1-ВК4; инвертор НЕ.

СИФУ работает следующим образом. Напряжение сети через трансформатор TV подводится к фильтру Ф, предназначенному для снижения влияния искажений напряжения сети на работу СИФУ. С выхода фильтра напряжение , сдвинутое на угол 15-20 эл.град. по отношению к напряжению синхронизации , поступает на выходы пороговых элементов ПЭ1 и ПЭ2. Пороговые элементы формируют два прямоугольных противофазных напряжения и .

Длительность импульсов напряжения и благодаря наличию зоны нечувствительности пороговых элементов меньше 180 эл.град. и составляет примерно 176 эл.град. Этот интервал определяет зону разрешения выдачи управляющих тиристорами импульсов. В моменты времени, когда выходные напряжения обоих пороговых элементов равны 0, формирователь синхроимпульсов ФСИ вырабатывает импульсы , следующие с частотой, в два раза превыщающей частоту сети. Синхронно с импульсами на выходе ГПН вырабатывается пилообразное напряжение . При отсутствии импульсов пилообразное напряжение линейно нарастает, а при поступлении на вход ГПН импульс быстро снижается до нуля. На входе нуль-органа НО присходит сравнение трех сигналов; напряжение управления , напряжения смещения и пилообпазного напряжения . В момент превышения над разностью - напряжение НО меняет знак с “плюса” на “минус”. На выходе формирователя длительности импульсов ФДИ в этот момент образуется управляющий импульс , длительность которого составляет 10-30 эл.град. Распределение импульсов по тиристорам осуществляется с помощью четырех элементов совпадения СС1-СС4. На каждый элемент совпадения подается логический сигнал или синхронизации с сетью, сигнал В или Н с выхода логического устройства ЛУ и управляющий фазовый сигнал СИФУ.

Если логическое устройство включено в направлении вперед, т.е. когда сигнал В равен единице, а сигнал Н-нулю, то управляющий сигнал проходит через элемент СС1 при и через элемент СС2 при . Если же сигнал Н равен единице, а В – нулю, то проходит через СС3 или СС4. Выходные сигналы элементов совпадения усиливаются усилителями УИ1-УИ4 и через выходные каскады ВК1-ВК4 поступают к соответствующим тиристорам. Инвертор НЕ формирует сигнал , блокирующий переключение логического устройства ЛУ во время выдачи импульса с СИФУ.

СИФУ для нереверсивного однофазного мостового выпрямителя, силовая схема которого приведена в п.2.3. отличается от схемы рис. 4.10 тем, что в ней отсутствуют схемы совпадения СС3 и СС4, усилители импульсов УИ3 и УИ4, выходные каскады ВК3 и ВК4, относящиеся ко второму комплекту тиристоров, а также инвертор НЕ.

На рис.4.13 показана схема усиления импульса на элементах D1, D2 и трансформаторного выходного каскада. В цепи управляющего электрода могут быть индуцированы импульсы от коммутации соседних тиристоров или сетевых помех, вызывающие переход тиристора в открытое состояние и неправильную работу схемы. Для защиты от помех между управляющим электродом и катодом тиристора включены конденсатор С1 и резистор R6. Диод VD1 служит для среза отрицательной полуволны вторичного напряжения импульсного трансформатора, а диод элемента D2, включенный параллельно первичной обмотке трансформатора, защищает транзистор при его отключении.

Рис. 4.13. Схема усилителя импульса и выходного каскада

ГОУВПО «Воронежский государственный технический

университет»

А. И. Зайцев, А.С. Плехов