Характеристики

ISBN/ISSN 5-7782-0323-3
Автор Зиновьев Г. С.
Вид издания уч.НГТУ

Излагаются принципы преобразования электрической энергии в базовых схемах выпрямления, инвертирования, преобразования частоты и напряжения. Даны основы прямых методов анализа энергетических процессов в схемах. Приведены основные характеристики всех базовых схем преобразователей. Рассмотрены способы управления вентильными преобразователями.
Материал учебника структурирован по трем уровням глубины изложения материала («три в одном»). Два верхних уровня предназначены для профессиональной магистерской и инженерной ветвей обучения студентов специальности «Силовая электроника» и «Промышленная электроника». Нижний уровень изложения предназначен для общетехнической подготовки по силовой электронике студентов электротехнических, электроэнергетических, радиотехнических специальностей. Все главы учебника снабжены контрольными вопросами (тестами в электронном варианте учебника) и упражнениями.
Учебник может быть использован также специалистами с различным уровнем подготовки в области силовой электроники для повышения квалификации.

Излагаются принципы преобразования электрической энергии в базовых схемах выпрямления, инвертирования, преобразования частоты и напряжения. Даны основы прямых методов анализа энергетических процессов в схемах. Приведены основные характеристики всех базовых схем преобразователей. Рассмотрены способы управления вентильными преобразователями.
Материал учебника структурирован по трем уровням глубины изложения материала («три в одном»). Два верхних уровня предназначены для профессиональной магистерской и инженерной ветвей обучения студентов специальности «Силовая электроника» и «Промышленная электроника». Нижний уровень изложения предназначен для общетехнической подготовки по силовой электронике студентов электротехнических, электроэнергетических, радиотехнических специальностей. Все главы учебника снабжены контрольными вопросами (тестами в электронном варианте учебника) и упражнениями.
Учебник может быть использован также специалистами с различным уровнем подготовки в области силовой электроники для повышения квалификации.

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие        5
Г л а в а  1.  Научно-технические и методологические основы исследо-вания устройств силовой электроники        13
1.1. Системный подход к анализу устройств силовой электроники        13
1.2. Энергетические показатели качества преобразования энергии в вен-тильных преобразователях        16
1.2.1. Энергетические показатели качества электромагнитных про-цес¬сов        16
1.2.2. Энергетические показатели качества использования преоб-разовательного устройства и его элементов        19
1.3. Элементная база вентильных преобразователей        22
1.3.1. Силовые полупроводниковые приборы        22
1.3.2. Трансформаторы и реакторы        32
1.3.3. Конденсаторы        33
1.4. Виды вентильных преобразователей электрической энергии        35
1.5. Методы расчета энергетических показателей преобразователей        39
1.5.1. Математические модели вентильных преобразователей        39
1.5.2. Методы расчета энергетических показателей преобразовате-лей        40
1.6. Компьютерные программы математического моделирования и ана-лиза устройств силовой электроники         56
1.6.1. Обзор существующих программных продуктов         56
1.6.2. Описание программы ParGraph         59
Контрольные вопросы         68
Упражнения        69
Г л а в а  2.  Теория преобразования переменного тока в постоянный при идеальных параметрах преобразователя        70
2.1. Выпрямитель как система. Основные определения и обозначения         70
2.2. Механизм преобразования переменного тока в выпрямленный в ба-зовой ячейке ДТ/ОТ         75
2.3. Двухфазный выпрямитель однофазного тока (m1 = 1, m2 = 2, q = 1)         80
2.4. Выпрямитель однофазного тока по мостовой схеме (m1 = m2 = 1, q = 2)         88
2.5. Выпрямитель трехфазного тока со схемой соединения обмоток транс¬форматора треугольник–звезда с нулевым выводом (m1 =m2 = 3,
q = 1)         90
2.6. Выпрямитель трехфазного тока со схемой соединения обмоток трансформатора звезда – зигзаг с нулем (m1 = m2 = 3, q = 1)         97
2.7. Шестифазный выпрямитель трехфазного тока с соединением вто-ричных обмоток трансформатора звезда – обратная звезда с урав-нительным реактором (m1 = 3, m2 = 2 х 3, q = 1)         102
2.8. Выпрямитель трехфазного тока по мостовой схеме (m1 = m2 = 3, q = 2)        109
2.9. Управляемые выпрямители. Регулировочная характеристика         114
Контрольные вопросы         117
Упражнения        118
Г л а в а  3.  Теория преобразования переменного тока в постоянный с учетом реальных параметров элементов преобразователя        119
3.1. Процесс коммутации в управляемом выпрямителе с реальным трансформатором. Внешняя характеристика         120
3.2. Работа выпрямителя на противоЭДС при конечном значении сгла-живающей индуктивности        127
3.2.1. Режим прерывистого тока ( < 2/qm2)         128
3.2.2. Режим предельно-непрерывного тока ( = 2/qm2)         131
3.2.3. Режим непрерывного тока ( > 2/qm2)         131
3.3. Работа выпрямителя с конденсаторным сглаживающим фильтром         134
3.4. Обращение потока активной мощности в преобразователе. Режим зависимого инвертирования         136
3.4.1. Зависимый инвертор однофазного тока (m1 = 1, m2 = 2, q = 1)        137
3.4.2. Зависимый инвертор трехфазного тока (m1 = 3, m2 = 3, q = 1)        143
3.5.* Общая зависимость первичного тока выпрямителя от анодного и выпрямленного токов (закон Чернышева)         145
3.6. Спектры первичных токов трансформаторов выпрямителей и  зави-симых инверторов         149
3.7. Спектры выпрямленного и инвертируемого напряжений вентильного преобразователя         153
3.8. Оптимизация числа вторичных фаз трансформатора выпрямителя. Эквивалентные многофазные схемы выпрямления         155
3.9.* Влияние коммутации на действующие значения токов трансфор-матора и его типовую мощность         160
3.10. КПД и коэффициент мощности вентильного преобразователя в режиме выпрямления и зависимого инвертирования         162
3.10.1. Коэффициент полезного действия         162
3.10.2. Коэффициент мощности         164
3.11. Выпрямители на полностью управляемых вентилях         166
3.11.1.* Выпрямитель с опережающим фазовым регулированием         166
3.11.2.* Выпрямитель с широтно-импульсным регулированием выпрямленного напряжения         168
3.11.3. Выпрямитель с принудительным формированием кривой тока, потребляемого из питающей сети         170
3.12. Реверсивный вентильный преобразователь (реверсивный выпря-митель)         175
3.13. Обратное влияние вентильного преобразователя на питающую сеть        178
Контрольные вопросы         182
Упражнения        183
Г л а в а  4.*  Модельный пример проектирования выпрямителя         185
4.1. Выбор схемы выпрямителя (этап структурного синтеза)         186
4.2. Расчет параметров элементов схемы управляемого выпрямителя (этап параметрического синтеза)         189
4.2.1. Оценка элементов идеального выпрямителя        190
4.2.2. Расчет выпрямителя с учетом реальных параметров элемен-тов схемы        193
4.3 Проверка результатов расчета математическим моделированием в среде Parus–ParGraph        196
Г л а в а  5.*  Развитие теоретических методов анализа устройств сило-вой электроники        200
5.1.** Обобщение прямых методов расчета для моделей вентильных преобразователей типа вход – выход        200
5.1.1. Общие основы метода алгебраизации дифференциальных урав¬нений (АДУ1)        201
5.1.2. Вторая версия метода алгебраизации дифференциальных уравнений (АДУ2)        208
5.1.3. Вывод общих выражений для модуля комплексного сопро-тивления        211
5.1.4. Методы получения интегральных коэффициентов гармоник        214
5.2. Развитие прямых методов расчета вентильных преобразователей в пространстве состояний по первой гармонике        219
5.2.1. Постоянные коэффициенты системной матрицы А        221
5.2.2.* Переменные коэффициенты системной матрицы А        224
5.3.* Развитие прямых методов расчета энергетических показателей вентильных преобразователей в пространстве состояний        228
5.4. Прямые методы расчета энергетических показателей в трехфазных цепях с вентильными преобразователями        234
5.5.** Точные решения для норм прямыми  методами        239
5.5.1. Параллельная RL (RC)-цепь        239
5.5.2. Последовательная RL (RC)-цепь        241
5.5.3. Параллельная RLC-цепь        243
5.5.4. Последовательная RLC-цепь        244
5.5.5. Цепи N-го порядка        247
5.6. Дискретные модели вентильных преобразователей        248
5.6.1. Составление разностных уравнений и их решение для вы-прямителя        248
5.6.2**. Модель широтно-импульсного преобразователя постоян-ного тока как импульсной системы        255
Контрольные вопросы        264
Упражнения        265
Г л а в а  6.  Электромагнитная совместимость устройств силовой элек-троники        266
6.1. Содержание проблемы электромагнитной совместимости        266
6.2. Качество электрической энергии в сетях общего пользования        271
6.2.1. Система показателей качества электрической энергии и их нормы        271
6.2.2. Общая оценка кондуктивного обратного влияния вентильных преобразователей на питающую сеть        280
6.2.3. Определение вкладов нелинейных потребителей в искажение напряжения питающей сети в точке общего присоединения        285
6.3. Помехоустойчивость электротехнических и электронных техниче-ских систем с устройствами силовой электроники        290
6.4.* Помехоэмиссия устройств силовой электроники        295
6.5.* Особенности стандартов на качество электрической энергии в ав-тономных системах электроснабжения         304
6.6.* Проблемы теории  мощности при несинусоидальных напряжениях и токах        309
6.6.1. Подход к определению реактивных мощностей        309
6.6.2. Подходы к определению полной  мощности и ее составляю-щих        314
6.6.3. Способы разложения мгновенной мощности электрической цепи        320
Контрольные вопросы         329
Упражнения         330
Г л а в а  7.  Преобразователи постоянного напряжения в постоянное         331
7.1. Широтно-импульсные преобразователи постоянного напряжения         332
7.1.1. Схемы широтно-импульсных преобразователей         332
7.1.2. Характеристики ШИП при реальных параметрах элементов         339
7.1.3. Достоинства и недостатки широтно-импульсных преобразо-вателей        343
7.2. Преобразователи с управляемым обменом энергии между реактив-ными элементами схемы         343
7.2.1. Повышающий преобразователь         343
7.2.2. Повышающе-понижающие преобразователи        348
7.2.3. Преобразователи с трансформаторной развязкой входа и вы-хода         355
7.3.* Преобразователи с использованием резонансных явлений LC-кон-туров         357
7.3.1. Квазирезонансный понижающий преобразователь с пере-ключением при нулевом токе (КРП-ПНТ)         359
7.3.2. Квазирезонансный понижающий преобразователь с пере-ключением при нулевом напряжении (КРП-ПНН)         362
7.4.* Преобразователи с дозированной передачей энергии в нагрузку         364
7.5.* Метод осреднения переменных состояний         368
Контрольные вопросы         375
Упражнения        376
Г л а в а  8.  Преобразователи постоянного напряжения в переменное – автономные инверторы         377
8.1. Инверторы тока         378
8.1.1. Параллельный инвертор тока         379
8.1.2. Развитие схемотехники инверторов тока         384
8.2. Резонансные инверторы         394
8.2.1. Параллельный и последовательно-параллельный резонансные инверторы  с закрытым входом         394
8.2.2. Резонансные инверторы с открытым входом         396
8.2.3.* Резонансные инверторы с умножением частоты         406
8.3. Инверторы напряжения         412
8.3.1. Однофазные инверторы напряжения        412
8.3.2. Базовые схемы трехфазных инверторов напряжения         419
8.3.3. Трехуровневый трехфазный инвертор         437
8.3.4. Пятиуровневые и m-уровневые инверторы напряжения         439
Контрольные вопросы         442
Упражнения        443
Г л а в а  9.  Регуляторы переменного напряжения         444
9.1. Классификация регуляторов переменного напряжения        444
9.2. Регуляторы с фазовым способом регулирования         445
9.2.1. Базовые схемы регуляторов         445
9.2.2. Основные характеристики регуляторов         448
9.3. Регуляторы с вольтодобавкой         451
9.4. Регуляторы с широтно-импульсным способом регулирования         453
9.4.1. Базовые схемы и способы регулирования         453
9.4.2. Основные характеристики регуляторов         456
9.5.* Повышающе-понижающие регуляторы (регуляторы с коэффици-ентом преобразования по напряжению больше единицы)        459
9.5.1. Схемы регуляторов         459
9.5.2. Основные характеристики регуляторов         463
Контрольные вопросы         468
Упражнения        468
Г л а в а  10.  Преобразователи переменного тока в переменный – пре-образователи частоты         469
10.1. Непосредственные преобразователи частоты на вентилях с непол-ным управлением         471
10.1.1. Принцип действия преобразователя         471
10.1.2. Основные характеристики преобразователя         477
10.2. Непосредственные преобразователи частоты на вентилях с полным управлением и циклическим методом формирования кривой выходного напряжения         480
10.2.1. Принцип действия преобразователя         480
10.2.2. Основные характеристики преобразователя         484
10.3.* Непосредственные преобразователи частоты с коэффициентом преобразования по напряжению больше единицы (повышающие циклоконвертеры)         487
Контрольные вопросы         490
Упражнения        491
Г л а в а  11.  Вентильные компенсаторы неактивных составляющих полной мощности         492
11.1. Компенсаторы реактивной мощности         493
11.1.1. Конденсаторы, коммутируемые тиристорами (ККТ)         493
11.1.2. Реакторы, управляемые тиристорами (РУТ)         494
11.1.3. Конденсаторно-реакторные компенсаторы реактивной мощности        496
11.1.4.* Компенсаторы с вентильным источником реактивного на-пряжения        497
11.2. Компенсаторы мощности искажений – активные фильтры         499
Контрольные вопросы         502
Упражнения        503
Г л а в а  12.  Методы и системы управления вентильными преобразо-вателями         504
12.1. Требования к системам управления         504
12.2. Многоканальная синхронная разомкнутая система управления «вертикального» типа        508
12.2.1. Структура системы         508
12.2.2. Передаточные характеристики системы         509
12.3. Одноканальная синхронная система управления вертикального типа        513
12.4. Одноканальная асинхронная система управления непрерывного слежения         514
12.5. Особенность управления «узким» импульсом трехфазной мостовой схемой вентильного преобразователя         519
12.6. Особенности управления преобразователями с широтно-импульсным регулированием         520
12.6.1. Системы с вертикальным способом управления        520
12.6.2. Системы со следящим способом управления        523
12.7.* Особенности управления преобразователями на вентилях с пол-ным управлением при синусоидальной широтно-импульсной моду-ляции        526
12.7.1. Системы вертикального управления с формированием фаз-ных напряжений трехфазного инвертора        527
12.7.2. Системы управления с регулированием компонентов обобщенного вектора напряжения (тока)        535
12.7.3. Системы управления инверторами со слежением за токами        539
12.8.* Системы управления с элементами искусственного интеллекта        541
12.8.1. Понятие о нечетких множествах        541
12.8.2. Структура системы нечеткого управления ДТ-ОТ преобра-зователем в системе электропривода постянного тока         543
12.8.3. Системы управления с использованием нейронных сетей        549
Контрольные вопросы         555
Упражнения        557
Г л а в а  13.  Семейства модифицированных базовых схем устройств силовой электроники        558
13.1. Выпрямители с улучшенным коэффициентом мощности за счет изменения силовой схемы        559
13.1.1. Схема с нулевым вентилем         559
13.1.2. Полууправляемые мостовые схемы         565
13.1.3. Выпрямители со встречно-параллельным включением вен-тилей в первичной обмотке трансформатора        569
13.1.4. Выпрямители со ступенчатым регулированием вторичного напряжения        571
13.1.5. Выпрямители с улучшенным коэффициентом мощности за счет изменения алгоритма управления         573
13.2. Выпрямители-умножители и выпрямители-делители напряжения         577
13.2.1. Выпрямители-умножители однофазного напряжения         577
13.2.2. Выпрямители-умножители трехфазного напряжения         579
13.2.3.* Выпрямители-делители напряжения         580
13.3. Составные выпрямители с промежуточным звеном высокой часто-ты    582
13.3.1*. Подход к формализации поиска структур составных вы-прямителей         582
13.3.2. Выпрямители с высокочастотными инверторами         588
13.3.3.* Выпрямители с высокочастотными регуляторами пере-менного напряжения         591
13.3.4. Выпрямители с преобразователями постоянного напряжения с управляемым обменом энергией между реактивными элементами схемы        593
13.4. Выпрямители с коррекцией входного коэффициента мощности        594
13.4.1. Выпрямители однофазного тока         595
13.4.2. Выпрямители трехфазного тока         598
13.4.3. Улучшение электромагнитной совместимости с сетью классических схем выпрямителей за счет активных фильт-ров тока        607
13.5.* Разновидности преобразователей постоянного напряжения в по-стоянное         609
13.6. Развитие схемных решений автономных инверторов         614
13.6.1. Трехфазные инверторы с дополнительным (нейтральным) плечом        614
13.6.2. Составные многоуровневые инверторы        616
13.6.3. Инверторы напряжения с однополярным выходным током      620    
13.7.* Разновидности преобразователей частоты с непосредственной связью (матричных преобразователей)        623
Контрольные вопросы         627
Упражнения        628
Литература        629
Предметный указатель        640
Англо-русский словарь по силовой электронике        646

Данные подготавливаются.

Вернуться к списку