Конспект лекций по дисциплине силовая электроника по направлению 140400. 62
 Скачать 1.41 Mb.
|
В.1 Классификация преобразователей электрической энергииПод силовой электроникой понимается область электроники, связанная с преобразованием сравнительно больших потоков электрической энергии. При этом основным является преобразование энергии, а не передаваемой электрическим сигналом информации. Преобразователем электрической энергии является устройство, которое связывает две или более электрические системы с отличающимися параметрами и позволяет изменять эти параметры, обеспечивая обмен электрической энергией между этими системами. В современной силовой электронике в качестве элементной базы используются преимущественно полупроводниковые приборы (ПП). Упрощенная классификация преобразователей электрической энергии приведена на рис. В.1.  Рис. В.1. Классификация ПП преобразователей электрической энергии По частоте выделяют системы с нулевой частотой или системы постоянного тока и системы с ненулевой частотой или системы переменного тока. Соответственно возможны четыре основные комбинации преобразования электрической энергии, приведенные в верхней части рис. В.1. Устройства, преобразующие систему постоянного тока в систему постоянного тока с другими параметрами, называются преобразователями постоянного напряжения. К этим преобразователям относятся регуляторы (модуляторы), стабилизаторы постоянного тока и т.д. Устройства, преобразующие систему переменного тока в систему постоянного тока, называют выпрямителями. Устройства, преобразующие систему постоянного тока в систему переменного тока, называют инверторами. Все, перечисленные выше, устройства могут быть нерегулируемыми, когда соотношение между входной и выходной величиной остается неизменным, и регулируемыми, когда этим соотношением можно управлять. В реверсивных устройствах знак выходного напряжения может меняться (для переменного напряжения это означает изменение фазы на 180 градусов), нереверсивные устройства этим свойством не обладают. Необратимые устройства передают энергию только в одном направлении, обратимые устройства могут осуществлять передачу энергии в обоих направлениях (можно считать, что в этом случае вход и выход устройства меняются местами). Переход с прямого режима работы на обратный происходит только за счет изменения управления при неизменных связях между элементами преобразователя. Поэтому, например, обратимый преобразователь при прямой передаче энергии работает как выпрямитель, а при обратной как инвертор. Для нормальной работы неавтономного инвертора на стороне переменного тока должен быть подключен источник переменного тока, обеспечивающий неавтономный инвертор реактивной мощностью. Автономный инвертор не требует для своей работы наличия источника переменного тока. Для всех рассмотренных выше преобразователей принцип преобразования электрической энергии с помощью полупроводниковых ключей состоит в периодическом соединении и разъединении каждого из выводов входной электрической системы с каждым из выводов выходной электрической системы. На рис. В.2 показан пример силовой цепи преобразователя с тремя входными (mВХ=3) и тремя выходными (mВЫХ=3) выводами. Ключи К1-К9 являются основными, обеспечивающими соединение выводов двух электрических систем. Дополнительные ключи К10-К15 обеспечивают взаимный обмен реактивной энергией между фазами электрической системы, предотвращая всплески напряжений за счет э. д. с. самоиндукции индуктивных элементов.  Рис. В.2. Обобщенная структура силовой части преобразователя Ключ обладает односторонней проводимостью, если ток через него может протекать только в одном направлении, и двухсторонней проводимостью, если ток через ключ может протекать в обоих направлениях. Ключ обладает односторонней блокировкой, если управление возможно только током одного направления, и двухсторонней блокировкой, если управление возможно для тока обоих направлений. Ключи, показанные на рис. В.2, в общем случае являются идеальными, т.е. обладают двухсторонней проводимостью в замкнутом (открытом) состоянии и двухсторонней блокировкой приложенного напряжения в разомкнутом (закрытом) состоянии. Если к ключам прикладывается только однополярное напряжение, то ключи могут обладать односторонней блокировкой и, если направление тока в ключе не меняется, односторонней проводимостью. В табл. 1 приведены варианты реализации ключей на биполярных транзисторах с различным видом проводимости и блокировки. Вместо биполярных транзисторов могут использоваться полевые и JGBT транзисторы, а также запираемые и незапираемые тиристоры. Таблица 1 Варианты реализации полупроводниковых ключей на транзисторах
Выбор конкретного схемотехнического решения полупроводниковых ключей определяется режимом работы ключей в преобразователе: токами, протекающими через ключи; приложенным к ним напряжениям; рассеиваемой мощностью, а также технико-экономической целесообразностью применения данного типа полупроводниковых приборов. |
