Силовая электроника шпорки. 1. Силовая электроника, определение, современное состояние и основные направления развития. Силовая электроника
 Скачать 9.35 Mb.
|
). Все преобразовательные устройства, разработанные для разных целей, имеют общий принцип работы, который основан на периодическом включении и выключении электрических вентилей. В настоящее время в качестве электрических вентилей применяются полупроводниковые приборы. Наибольшее применение получили диоды, тиристоры, симисторы и силовые транзисторы, работающие в ключевом режиме.
). Они могут быть автономные и ведомые сетью. Автономными инверторами называют вентильные преобразователи ПОСТОЯННОГО тока в переменный, работающие на автономную нагрузку. Появление тиристоров обусловило бурное развитие данной области преобразовательной техники. В настоящее время тиристорные автономные инверторы получают ншрокое распространение в различных областях техники. 1. Силовая электроника, определение, современное состояние и основные направления развития. Силовая электроника – наука о взаимодействии электронов и других заряженных частиц, квантов излучения с электромагнитными полями в вакууме, в различных средах и на границах их раздела – (физическая электроника): а так же методы создания электронных приборов и устройств в которых это взаимодействие используется для обработки и хранения информации и преобразования энергии – (техническая электроника). Силовая электроника является одной из областей электроники и непосредственно исп-ся при преобразовании вида, уровня напряжения, числа фаз, порядка их чередования, трансформация пост.тока . а так же при преобразовании энергии источников питания в энергию управляющего воздействия подаваемого на управляемый объект(ОУ)-нагрузку. Электроника подразделяется на: - электроника СУ и контроля (информационная электроника, малая мощность на выходе); - технологическая электроника (силовая электроника, неограниченная мощность); - электроника связи (радио, телевидение , высокие частоты); В настоящее время созданы современные силовые полупроводниковые приборы и другие пассивные компоненты, позволяющие реализовать СЭУ на относительно большие мощности. Наличие микропроцессорной техники позволяет получить определенные необходимые характеристики СЭУ. Основные направления:
2. Основные задачи и проблемы, возникающие при проектировании силовых электронных устройств (СЭУ). Под СЭУ понимается большая группа устройств, предназначенных для получения электрического управляющего воздействия необходимой мощности (исполнительные СЭУ), а так же для преобразования, регулирования или стабилизации параметров электрической энергии (преобразовательные СЭУ). Основными задачами при проектировании СЭУ является повышение надежности, КПД и коэффициента мощности, что в конечном счете определяет ее габариты, массу, экономическую эффективность и др. 3. Обобщенная структурная схема и основные элементы СЭУ.  На рис приведена структурная схема СЭУ, основной частью котрого явл-ся силовой блок (СБ), силовая схема. Выходной сигнал СБ – СУ (Uвых) подается на управляемый объект – нагрузку (UУО, Zн). Неотъемлемыми частями СЭУ явл-ся блок или схема управления (БУ), блок или схема контроля, защита и регулирование (БКиЗ). Силовой блок состоит из силовых активных (САЕ) и пассивных (СПЕ) элементов, соединенных по определенной схеме и служат для преобразования и управления энергией, поступающей от источника питания (ИП). В качестве САЕ в настоящее время используются силовые полупроводниковые приборы (СПП): мощные транзисторы(биполярные, полевые, совмещенные), тиристоры, симисторы, оптотиристоры и интеллектуальные СПП, модули и т.д. функцию преобразования входного сигнала х, а так же сигналов α, β обратной связи (ОС) с блока БКиЗ в сигналы управления САЕ выполняет БУ. В общем случае БКиЗ получает сигналы γ и δ с датчиков (ДТС, ДТО) контроля режима работы СБ, УО и формирует необх сигнал возд-ия на БУ. 4. Использование СЭУ в системах управления, регулирования и контроля ЛА. В области электропривода выпрямительные устройства на тиристорах широко используются для регулирования скорости двигателей постоянного тока за счет изменения напряжения на якоре двигателя или на обмотке возбуждения. Регулирование может быть осуществлено сочетанием обоих способов. Управление реверсом осуществляется изменением полярности напряжения на якоре двигателя или на его обмотке возбуж дения. Изменение полярности производится контактным или бесконтактным способом. В первом случае используют различного рода электромеха нические переключатели и кон такторы постоянного тока, а во втором- выпрямители с двумя комплектами тири сторов. Изменение направлений вращения двигателя можно осущест вить выключением тиристоров одного выпрямителя (например, снятием управляющих импульсов) и включением другого выпрямителя (например, подачей управляющих импульсов). Однако перед изменением направления вращения двигателя его необходимо затормозить. Управляемые выпрямители по зволяют осуществить эффективное торможение двигателя по средством рекуперации энергии в сеть. Для этого вступающие в работу тиристоры скачала переводятся в инверторный режим работы, а после окончания процесса тор можения — в выпрямительный режим. Преобразование частоты также широко используется в авиа ции. Это обусловлено тем, что значительная часть бортовой аппаратуры самолетов рассчитана на питание переменным током повышенной частоты, в частности, распространенной является частота 400 Гц. В зависимости от структуры системы электроснабжения в самолетах применяются преобразователи частоты либо с непосредственной связью, либо с промежуточ ным звеном постоянного тока. Преобразователи частоты с непосредственной связью обычно выполняются на тиристорах. На вход этих преобразователей подастся трехфазное напряже ние высокой частоты (свыше 1 кГц) от первичных генераторов, приводимых во вращение авиадвигателями. Частота выходного напряжения генераторов изменяется в зависимости от режима работы авиадвигателей (например, в диапазоне 1.2—2.4 кГц). С выхода бортовых преобразователей частоты снимается однофазное или трехфазное напряжение частотой 400 Гц. В системах электроснабжения, выполненных по структуре с явно выраженным звеном постоянного тока, переменное напряжение первичных генераторов поступает на выпрямители, которые обеспечивают питанием потребителей постоянного тока. Для питания потребителей переменного тока использу ются автономные инверторы, выполненные по схемам, обес печивающим наилучшие малогабаритные показатели. 5. Использование СЭУ в системах преобразования электрической энергии на борту ЛА. Силовые электронные устройства (СЭУ) преобразуют электри ческую энергию первичного источника в энергию необходимого ка чества (стабилизируют напряжение или ток, подавляют пульсации первичного источника, преобразуют постоянное напряжение в пе ременное или постоянное другого уровня, осуществляют развязку потребителей по цепям питания), а также усиливают сигналы постоянного или переменного тока низкой частоты. В качестве источников первичной энергии используются источ ники постоянного напряжения или переменного после выпрямле ния. В самом общем случае они характеризуются медленно изме няющимся в довольно больших пределах напряжением и значитель ными его пульсациями в широком спектре частот. Нагрузкой СЭУ являются двигатели постоянного и переменно го тока, электромагнитные механизмы, различного рода электро- и радиооборудование, в том числе разработанное на базе микро электроники. Потребляемая нагрузкой мощность может существен но изменяться, причем часто переход от одного уровня к другому происходит за очень короткий промежуток времени (скачком). По требители, как правило, требуют повышения качества электриче ской энергии первичного источника, сохранения его при различных возмущениях и во всех режимах работы, а также снижения их вза имного влияния через цепи питания. Особенно повышаются требо вания к качеству электрической энергии в связи с все более широким внедрением микроэлектроники (в первую очередь, микро процессоров) в вычислительные и информационные системы. 6. Обобщенная классификация СЭУ по различным признакам, преобразовательные СЭУ и СЭУ для получения управляющих воздействий. Классификация СЭУ Все СЭУ делятся на 2 большие группы: -исполнительные, осуществляют преобразование управляемого сигнала малой мощности в сигналы большой мощности (по величине и по форме):
- преобразовательные, преобразование величины частоты и др параметров электрической энергии (выпрямители):
а) Преобразователи частоты – > с непосредственной связью и со звеном постоянного тока; б) Преобразователи числа фаз(из 3-хфазной в однофазную и наоборот, сх. Скотта); в) Трансформаторы постоянного тока (ТПТ). 7. Управляемые СЭУ, обобщенная структурная схема технологического объекта с управляемым СЭУ.  Для современных СЭУ характерно широкое применение ИМС и управляющих ЭВМ при реализации БУ, БКиЗ, что позволяет снять ограничения на сложность их электронной схемы, ведет к улучшению характеристик всего устройства, не вызывая увеличение его объема и массы. В этой связи одной из тенденций развития СЭУ на современном этапе является переход от простых неуправляемых к управляемым, когда с помощью ЭВМ(МПС) осуществляется управление и регулирование его параметров и выходных характеристик. Тогда обобщенную структурную схему технологического объекта с СЭУ можно представить в виде взаимодействия двух каналов – илового и информационного (рис.), которые через систему управления связаны с верхним уровнем управления. Появление в силовом канале технологического объекта (Индукционный нагрев, электропривод, бортовые и наземные системы электроснабжения, электротехнологические системы и другие) управляемого СЭУ позволяет значительно улучшить технико-экономические показатели, экологическую обстановку, расширить функциональные возможности и повысить надежность. Информационный канал (ИВК) – служит для управления потоком энергии от ИП к У, а так же сбора и обработки сигналов о состоянии и функционировании системы, контроля и диагностики. Информац. Канал может взаимод-ть со всеми элем-ми силового канала, а также с оператором и системой верхнего управления. 22. Характеристики выключения тиристора, время выключения (восстановление). Время выключения tq тиристора (назывемое также временем восстановления запирающей способности тиристора). Это время oт момента, когда прямой ток становится разным нулю, до момента, когда прибор снова будет способен выдерживать (не открываясь) напряжение, прикладываемое в прямом направлении с определенной амплитудой и скоростью нарастания. 8. Классификация исполнительных СЭУ.  На рис. приведена классификация исполнительных СЭУ. Коммутаторы тока по виду источника питания делятся на коммутаторы постоянного и переменного тока, а по виду наиболее широко используемых коммутирующих элементов на транзисторные и тиристорные. Характерным для УМ является деление на однополярные и двухполярные с непрерывным и импульсным режимами работы. В зависимости от типа источника, РМ можно подразделить на постоянного и переменного тока, а по способу формирования сигнала управления СПП на непрерывные и дискретные. Широкое применение нашли регуляторы дискретного действия, которые по способу дискретизации сигнала управления делятся на импульсные, релейные и цифровые. В импульсных регуляторах управляющее возд-ие предст-ет собой послед-ть импульсов, параметры которых изменяется по определенному закону в фиксированные дискретные моменты времени. Если такими параметрами являются амплитуда , длительность или фаза сигнала, то регуляторы соответственно называются: амплитудно -импульсными, широтно-импульсным и фазо-импульсным. Особый класс регуляторов составляют цифровые, в которых управляющее воздействие представляет собой последовательность импульсов или ступенчатую функцию. 9. Классификация преобразовательных СЭУ. Преобразовательные СЭУ делятся на:
Трансформация постоянного тока. Выпрямитель – это устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное напряжение (U |
Инвертированием называют процесс преобразования энергии постоянного тока в энергию переменного тока. Инверторы, ведомые сетью, осуществляют такое преобразование с передачей энергии в сеть переменного тока, т. е. решают задачу, обратную выпрямлению.
Преобразователь частоты служит для преобразования переменного напряжения одной частоты в переменное напряжение другой частоты (Uf1→ Uf2). Могут быть с непосредственной связью и со звеном постоянного тока.
Преобразователь переменного напряжения (регулятор) предназначен для изменения (регулирования) подводимого к нагрузке напряжения, т.е. преобразует переменное напряжение одной величины в переменное напряжение другой величины (U1
