Элементы преобразовательной техники. Перспективы развития полупроводниковых приборов силовой электроники. Выпрямители

ПРОГРАММА КУРСА “ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОННИКА” (ОСЕНЬ)

1. Введение: назначение и область применения преобразователей электрической энергии, классификация преобразователей (автономные инверторы, инверторы ведомые сетью).

Инверторы ведомые сетью: выпрямители, инверторы, НПЧ, регуляторы переменного тока.

Выпрямители: назначение, структура, классификация.

2. Элементы преобразовательной техники: конденсаторы, реакторы, трансформаторы, силовые электрические ключи.

3. 1Ф 1Н 1П – основные соотношения, работа на R, RL, RC, противо-ЭДС, RL с обратным VD.

4. Коэффициенты характеризующие работу выпрямителей: Kсх, Кu, Кi, Kпр,   Кi, X, Кп. Создать таблицу с основными показателями 1Ф 1Н 2П.

5. 1Ф 1Н 2П - схема выпрямления.

5. 1Ф 2Н 2П - схема выпрямления.

6. Схема выпрямителя с умножением. Сравнительные характеристики.

7. Фильтры. Внешние характеристики схемы с фильтрами + активные фильтры.

8. Стабилизаторы – параметрические и на ОУ.

9. Способы регулировки напряжения: по входу, по выходу. Однофазные управляемые выпрямители. Основные соотношения. Регулировочная характеристика.

10. Трёхфазные управляемые выпрямители. Возможные варианты соединения обмоток. 3Ф 1Н 3П – основные соотношения (Миткевича).

11. 3Ф 2Н 6П (Ларионова).

12. 3Ф 2Н 12П (Ларионова).

13. Явление коммутации.

14. Способы улучшения коэффициента мощности.

15. Системы управления. Структура схемы.

16. Системы управления. Схемы реализации отдельных узлов.

17. Обзорная лекция.

1. ЭЛЕМЕНТЫ  ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Основными элементами преобразовательной техники являются: трансформаторы, реакторы, конденсаторы, силовые электронные ключи, вспомогательные элементы (ограничители, RC-цепи, варисторы и тд.).

1.1 Трансформатор

Трансформатор – элемент РЭА предназначен для преобразования, получения различных по амплитуде значений переменного напряжения, и соответствующей мощности на нагрузке.

Классификация:

-по мощности: 1) трансформаторы малой мощности (до 4 кВт);                                                       2) трансформаторы средней мощности (более 4кВт);       

-по элементам напряжения: 1) низковольтные - напряжение любой обмотки  (< 1000 В);

2) высоковольтные  - более 1000 В.

Система обозначения стандартного трансформатора питания малой мощности:

 

I – буква                          Т – трансформатор;

II – буква назначения :  A – питание анодных цепей;

 Н - питание накальных цепей;

 АН - питание анодно-накальных цепей;

 П/П - питание П/П-устройств цепей;

С – силовой бытовой аппаратуры;

III – число - указывает порядковый номер разработки;

IV – число - указывает номинальное напряжение питания;

V – число – указывает рабочую частоту;

VI – буква исполнения:  - В – всеклиматическое исполнение;

                                          - ТС, ТВ – тропическое исполнение с сухим или влажным климатом;

                                          -УХЛ – для районов с умеренным и холодным

климатом;

-ТВТ – 1 трансформатор выходной для транзисторных устройств 1 разработки;

-ТМ10-50 – межкаскадный; 50-й разработки;

-Т25-10 – межкаскадный согласующий Р 25 В*А;

  10-й разработки.

Основные параметры трансформаторов:

1. 

S1 = U1∙I1

Номинальное напряжение первичной обмотки U1

2.  Номинальный ток первичной обмотки I1.

3. 

S2=U2∙I2

Напряжение вторичной обмотки (обмоток) U2.

4.  Ток первичной обмотки I2.

5.  Напряжение ХХ на вторичной обмотке U_o.

6.  Номинальная мощность Р_н – сумма мощностей вторичной обмотки.

7.  Коэффициент трансформации на ХХ.

8.  Частота питающей сети .

9.  На некоторые трансформаторы указывается КПД –

,

где мощность на нагрузке,

подводимая мощность.

10.  Полная мощность трансформатора

S= (S1+S2)/2

Ориентировочные значения КПД от мощности

Pн	до 0,5	0,5…1,5	1,5 … 4	4 … 10	10… 100	100 … 1000	Более 1000
	0,7	0,75	0,8	0,85	0,9	0,95	0,95…0,98

1.2 Реакторы и дроссели

Различают низкочастотные (f-сети) и высокочастотные сети.

В данном курсе в основном работа преобразовательных устройств сводится к работе с сетевой частотой, следовательно, нас будут интересовать низкочастотные дроссели.

Аналогично с трансформаторами различают маломощные дроссели и дроссели средней и большой мощности.

Обозначения маломощных дросселей:

Д 1  (..) Д69( _ ), Д 100…Д179

I  II  III

I – буква – дроссели;

II – цифра – модификация;

III – буква – исполнение;

Основные электрические параметры

1). L – индуктивность.

2). Сопротивление постоянному току R_обм.

3). I – максимальный ток подмагничивания.

4). U_пер – максимальное значение переменного напряжения.

1.3  Конденсаторы

Конденсаторы – элементы РЭА, способные накапливать электрическую энергию.

Ёмкость конденсатора определяется материалом диэлектрика, геометрическими размерами и расположением пластин:

,

где  q – заряд Кл (Кулоны),

  U–разность потенциалов (В).

Единицы измерения ёмкости Ф – фарада.

На практике используют              микрофараду мкФ – ,

                                                           нанофараду нФ – ,

                                                           пикофараду пФ – .

Основные характеристики:

-  удельная ёмкость конденсатора:  - отношение ёмкости к массе (объему);

-  номинальная ёмкость – ёмкость, которую должен иметь конденсатор в соответствии с паспортом. Ёмкости конденсаторов нормируются в соответствии стандарта СЭВ1076-78 и имеют семь рядов. Е3, Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192. Два из них:

Е12 – (1,0; 1,2; 1,5; 1,8; 2,2; 2,7; 3,3; 3,9; 4,7; 5,6; 6,8; 8,2);

E24 – (1,0; 1,1; 1,2; 1,3; 1,5; 1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,4; 2,7; 3,0; 3,3; 3,6; 3,9; 4,3; 4,7; 5,1; 5,6; 6,2; 6,8;     7,5; 8,2; 9,1);

нормирует допустимое отклонение ёмкости %;

-  номинальное напряжение – допустимое рабочее напряжение;

-  тангенс угла потерь:

,

где P_a – активная мощность,

 P_р – реактивная мощность,

      определяется для синусоидального напряжения определённой частоты;

-  электрическое сопротивление изоляции определяется формулой:

.

-  рабочая частота f.   Различные виды конденсаторов характеризуются определенной рабочей частотой. Например: