Характеристики управляемого выпрямителя

⇐ ПредыдущаяСтр 16 из 16

α, град	0						30						60
, В	100	80	60	40	20	0	100	80	60	40	20	0	100	80	60	40	20	0
, В
, А
, А
, кВА
, кВт

По данным таблицы 4.8 построить:

– внешние (нагрузочные) характеристики управляемого выпрямителя
;

– энергетические характеристики управляемого выпрямителя .

Мгновенные значения выпрямленного напряжения и выходного тока можно наблюдать на экране осциллографа XSC3 (рис. 4.19). Для одного из измерений (угол и величину противоЭДС V4 задает преподаватель) снять осциллограммы входного и выходного напряжений управляемого выпрямителя и привести их в отчете.

3. Исследовать регулировочную характеристику управляемого выпрямителя при одном значении противоЭДС (задается преподавателем) и изменении угла задержки включения тиристоров от 150° до 0°с шагом 30°. Значения угла выставлять по методике, изложенной на с. 82 и
рис. 4.21. Результаты измерений занести в табл. 4.9 и построить регулировочную характеристику.

Таблица 4.9

Регулировочная характеристика

, град	150	120	90	60	30	0
, В

4. Исследовать спектральный состав (до девятой гармоники) тока потребления и спектральный состав выпрямленного напряжения управляемого выпрямителя при одном значении угла (задается преподавателем). Фурье-анализ в точках «8», «9», «16» провести по методике, изложенной ранее
в п. 3 (с. 66). Для расчета амплитудных значений гармонических составляющих тока на входе выпрямителя воспользоваться формулой

(4.62)

Для расчета порядка гармонических составляющих выпрямленного напряжения воспользоваться формулой

, (4.63)

где n = 1, 2, 3 … – последовательный ряд чисел. Результаты измерений занести в табл. 4.10 и 4.11.

Таблица 4.10

Спектральный состав входного тока управляемого выпрямителя


Номер гарм. сост. (n)		1	2	3	4	5	6	7	8	9
, А	Изм.
, А	Расч.
, град

Таблица 4.11

Спектральный состав выходного напряжения управляемого выпрямителя


		1	2	3	4	5	6	7	8	9
, В	Изм.
, град

Содержание отчета

1. Схема виртуальной установки.

2. Формулы для расчета основных характеристик управляемого несимметричного мостового выпрямителя.

3. Внешние характеристики выпрямителя, таблица 4.8.

4. Энергетические характеристики выпрямителя.

5. Осциллограммы мгновенных значений входного и выходного напряжений управляемого выпрямителя.

6. Регулировочная характеристика выпрямителя, таблица 4.9.

7. Спектральный состав входного тока и выходного напряжения управляемого выпрямителя, таблицы 4.10, 4.11.

8. Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Выполните анализ нагрузочной и регулировочной характеристик управляемого выпрямителя.

2. Выполните анализ энергетических характеристик управляемого выпрямителя.

3. Дайте характеристику спектральному составу тока, потребляемого управляемым выпрямителем.

4. Определите мощность искажений на входе управляемого выпрямителя по результатам Фурье-анализа.

5. Определите коэффициент мощности управляемого выпрямителя и его КПД по результатам Фурье-анализа.

Рекомендуемая литература

1. Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники : учебник / Г.С. Зиновьев. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 1999. – Ч. 1. – 199 с.

2. Ковалев Ю.З. Электрооборудование промышленности. Полупроводниковые силовые преобразователи энергии : учеб. пособие / Ю.З. Ковалев,
Е. М. Кузнецов. – Омск : Изд-во ОмГТУ, 2010. – 164 с.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Появление на рынке нового поколения полупроводниковых приборов – MOSFET-транзисторов и IGBT-транзисторов, запираемых тиристоров – привело к изменению силовой электроники и, как следствие, преобразовательного оборудования промышленных предприятий, систем электроснабжения и приборостроения. Современные силовые приборы отличаются полной управляемостью, высоким быстродействием, способностью коммутировать цепи с мощностью более 1 МВт на частотах до десятков килогерц при низкой мощности в цепи управления. Благодаря новому поколению силовых полупроводниковых ключей существенно повысились технико-экономические показатели и функциональные возможности выпрямителей и других статических преобразователей электроэнергии.

Лабораторные стенды на основе технологии виртуальных приборов системы схемотехнического проектирования MULTISIM позволяют измерять и исследовать статические и динамические параметры полупроводниковых приборов силовой электроники, дают возможность получать нагрузочные, регулировочные, энергетические характеристики статических преобразователей, способствуют приобретению практических навыков работы с приборами и схемами, создают иллюзию реальности, дополняя тем самым исследования на физических стендах.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характеристики, применение / П.А. Воронин. – 2-е изд. – М. : Додэка ХХI, 2005. – 384 с.

2. Герман-Галкин С.Г. Силовая электроника: лабораторные работы на ПК / С. Г. Герман-Галкин. – СПб. : Корона принт, 2002 – 304 с.

3. Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники : учебник / Г.С. Зиновьев. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 1999. – Ч. 1. – 199 с.; 2000. – Ч. 2. – 197 с.

4. Ковалев Ю.З. Электрооборудование промышленности. Полупроводниковые силовые преобразователи электроэнергии : учеб. пособие / Ю.З. Ковалев, Е.М. Кузнецов. – Омск : Изд-во ОмГТУ, 2011. – 164 с.

5. Попков О.З. Основы преобразовательной техники : учеб. пособие для вузов / О.З. Попков. – 2-е изд. – М. : МЭИ, 2007. – 210 с.

6. Прянишников В.А. Электроника : полный курс лекций / В.А. Прянишников. – 4-е изд. – СПб. : Корона принт, 2004. – 416 с.

7. Розанов Ю.К. Силовая электроника : учеб. для вузов / Ю.К. Розанов, М.В. Рябчицкий, А.А. Кваснюк. – М. : МЭИ, 2007. – 632 с.

8. Сукер К. Силовая электроника. Руководство разработчика / К. Сукер. – М. : Додэка ХХI, 2008. – 252 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ

КРАТКИЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕРМИНОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЙ,
ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКЕ

Биполярный прибор – электронный прибор, работа которого зависит
от перемещения как дырок, так и электронов [IEEEStd 100–1992].

Биполярный транзистор – транзистор с тремя чередующимися областями электронного (n-) или дырочного (p-) типа проводимости, образующими два (p–n) перехода, в которых протекание рабочего тока обусловлено носителями обоих знаков (электронами и дырками). Различают биполярные транзисторы p–n–p и n–p–n-типа.

Биполярный транзистор с изолированным затвором ( InsulatedGate - Bipolar - Transistor , IGBT ) – биполярный транзистор, управляемый структурой металл – оксид – полупроводник.

Вентиль полупроводниковый – вентиль, в котором в качестве переключающих элементов используются полупроводниковые приборы.

Вентильный модуль – отдельная конструкция, состоящая из одного или нескольких вентильных приборов с его (их) креплениями [МЭС 551–03–11].

Вентильный преобразователь – устройство для преобразования электрического тока (напряжения, частоты) с помощью электрических вентилей.

Время включения полупроводникового прибора – интервал времени
от момента подачи включающего импульса до момента, когда ток коллектора, или ток стока, или ток анода достигает 90 % максимального значения (может нормироваться и другое значение) [ГОСТ 2003–74, ЩСТ 110403–87, ГОСТ 19095–73].

Время задержки включения – интервал времени между 10%-ным значением амплитуды переднего фронта входного импульса (напряжения на затворе в случае полевых и биполярных транзисторов с изолированным затвором, или тока базы в случае биполярного транзистора, или тока управляющего электрода тиристора) и 10%-ным значением тока коллектора, либо тока стока, либо тока анода [ГОСТ 19095–73, ГОСТ 20003–74].

Время нарастания – интервал времени между 10 и 90%-ными значениями амплитуды тока коллектора биполярных транзисторов, либо тока стока полевых транзисторов, либо тока анода тиристора при их включении [ГОСТ 19095–73, ГОСТ 20003–74].

Время спада – интервал времени между моментами спада выходного импульса от значения, соответствующего 90 % его амплитуды, до значения, соответствующего 10 % его амплитуды [ГОСТ 20003–74].

Выпрямитель – преобразователь переменного тока в постоянный
[МЭС 551–12–07]. В зависимости от числа преобразующих звеньев выпрямители подразделяются на прямые (без промежуточных звеньев) и непрямые.

Выпрямитель управляемый тиристорный – выпрямитель, в котором регулирование выходного напряжения осуществляется посредством изменения угла управления тиристорами.

Выпрямительный блок – набор последовательно соединенных между собой полупроводниковых диодов, заключенных в единый корпус.

Выпрямительный полупроводниковый диод – полупроводниковый диод,предназначенный для преобразования переменного тока [ГОСТ 15133–77]
и используемый в цепях с частотой 50–60 Гц.

Выпрямление – преобразование энергии переменного тока в энергию постоянного тока [МЭС 551–11–06].

Динамическое сопротивление в открытом состоянии – значение сопротивления, определяемое по наклону прямой, аппроксимирующей характеристику открытого состояния тиристора или диода [ГОСТ 20332–84].

Диод – двухэлектродный электронный прибор, обладающий резко отличающейся проводимостью в зависимости от полярности приложенного напряжения.

Диод Шоттки – полупроводниковый диод, выпрямительные свойства которого основаны на взаимодействии металла и обедненного слоя полупроводника.

Драйвер силового управляемого ключа – схема, формирующая сигнал, подаваемый на управляющий электрод (затвор, базу) управляемого ключа (вентиля) и обеспечивающий его включение (выключение).

Запираемый тиристор – тиристор, который может быть переключен
из открытого состояния в закрытое и наоборот путем подачи на управляющий электрод сигналов соответствующей полярности [ГОСТ 15133–77].

Затвор – электрод полевого транзистора и биполярного транзистора с изолированным затвором, на который подается электрический управляющий сигнал.

Коммутация – в электронных силовых преобразователях переход тока
с одного проводящего электрического вентиля на следующий вентиль без прерывания тока в течение конечного временного интервала – интервала коммутации, на протяжении которого в проводящем состоянии одновременно находятся оба вентиля [МЭС 551–16–01].

Коэффициент амплитуды – отношение максимального значения (амплитуды) несинусоидальной величины (тока, напряжения) к его действующему значению.

Коэффициент гармоник (искажения) – отношение действующего значения всех высших гармоник к основной гармонике периодической функции переменного тока [МЭС 551–17–06].

Коэффициент мощности – отношение активной мощности к полной мощности, составляющими которой являются активная, реактивная и мощность искажения.

Коэффициент пульсаций постоянного тока – отношение половины разности между максимальным и минимальным значениями пульсирующего тока к среднему значению этого тока [МЭС 551–17–29].

Коэффициент формы постоянного тока – отношение действующего значения постоянного тока к его среднему значению.

Мощность искажения – величина, определяемая как корень квадратный из разности квадратов полной мощности и суммы квадратов активной и реактивной мощностей.

Обратный диод – диод, используемый в комплекте с полностью управляемым вентильным прибором и обеспечивающий протекание тока, вызванного индуктивной составляющей нагрузки, при выключенном полностью управляемом приборе. Может быть интегрирован с ним в общий корпус либо выполнен как отдельный элемент.

Пульсации напряжения (на стороне постоянного тока) – переменная составляющая напряжения на стороне постоянного тока.

Снаббер – вспомогательная цепь формирования траектории переключения электронного прибора в динамических режимах в целях уменьшения перенапряжений, снижения скорости нарастания тока или напряжения, уменьшения коммутационных потерь и др. [МЭС 551–14–17].

Тиристор – силовой полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями, имеющий три или более p – n -перехода, который может переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот [ГОСТ 15133–77].

Угол управления – время, выраженное в угловой мере, на которое задерживается импульс управления относительно момента начала отсчета при фазовом управлении, за который в преобразователях с коммутацией за счет нагрузки принимается момент прохождения через нуль коммутирующего напряжения [МЭС 551–15–33].

Фазовое управление – способ управления, основанный на изменении момента подачи (фазы) управляющего сигнала на вентиль преобразователя относительно фазы напряжения сети переменного тока выпрямителя, ведомого инвертора, непосредственного преобразователя частоты.

Широтно-импульсное управление – импульсное управление посредством изменения длительности импульсов при постоянной частоте их следования [МЭС 551–16–28].

Учебное издание

Кузнецов Евгений Михайлович

Лысенко Олег Александрович

СИЛОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Учебное пособие

Редактор М. А. Болдырева

Компьютерная верстка Т. А. Бровкиной

Сводный темплан 2012 г.

Подписано в печать 20.11.2012 Формат 60×84 ¹/₈. Бумага офсетная.

Отпечатано на дупликаторе. Усл. печ. л. 5,75. Уч.-изд. л. 5,75.

Тираж 100 экз. Заказ 655.

_________________________________________________________