«Силовые преобразователи энергии»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Филиал ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»

в г. Смоленске

КАФЕДРА ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Направление

подготовки бакалавров: 140600 - Электротехника, электромеханика и электротехнологии

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Индекс дисциплины по учебному плану	СД 01.01.б
По Госстандарту	отсутствует
Часы (всего) по учебному плану	88
По Госстандарту	отсутствуют

2010 год

Цели и задачи дисциплины, её место в учебном процессе

Цель преподавания дисциплины

В дисциплине изучаются основные типы силовых полупроводниковых преобразователей электроэнергии, которые используются для питания электродвигателей постоянного и переменного тока. Целью преподавания дисциплины является получение студентами знаний, необходимых для инженерной оценки функциональных показателей и энергетических характеристик преобразователей, навыков исследования процессов работы преобразователей и их отдельных элементов, а также последующего изучения специальных дисциплин.

Задачи изучения дисциплины

Предметом изучения данной дисциплины являются следующие объекты:

· современные силовые полупроводниковые приборы;

· схемные решения полупроводниковых преобразователей;

· режимы работы полупроводниковых преобразователей;

· основные принципы построения систем управления полупроводниковых преобразователей.

В результате изучения дисциплины студент должен:

· получить представление о способах преобразования электрической энергии в зависимости от функционального назначения преобразователя и технических условий его применения;

· знать основные схемные решения полупроводниковых преобразователей и особенности их работы;

· иметь навыки работы с лабораторным электрооборудованием и измерительными приборами, проводить измерения электрических величин, обрабатывать результаты измерений и оформлять отчеты с применением компьютерной техники.

Содержание программы "Силовые преобразователи электроэнергии"

Учебный план 2002 года

Лекции ( 36 часов)	5 семестр
Практические занятия ( - )	- семестр
Лабораторные работы (_ 18 часов)	5 семестр
Расчетные задания ( - часов сам. работы)	- семестр
Курсовые проекты / работы ( - часов сам. работы)	- семестр
Обьем самостоятельной работы по учебному плану ( 34 часа)

I. Содержание лекций

5 семестр

1.1. Введение (4 часа).

Виды преобразования электрической энергии. Полупроводниковые вентили, используемые в силовых преобразователях: диод, тиристор, силовой переключающий транзистор. Основные характеристики, статические и динамические параметры, области применения.

1.2. Выпрямители (16 часов).

Неуправляемые и управляемые выпрямители. Характеристики и принципы регулирования напряжения. Основные схемы выпрямления. Однофазная однополупериодная схема. Однофазная двухполупериодная схема со средней точкой, однофазная мостовая схема, трехфазная нулевая схема, трехфазная мостовая схема. Работа схемы на активную, активно-индуктивную, активно-емкостную нагрузки, работа на противо-ЭДС. Режим прерывистого и непрерывного тока нагрузки. Внешние и регулировочные характеристики. Процессы коммутации тока.

Комбинированные схемы выпрямления. Последовательное и параллельное включение преобразовательных мостов. Качество выходного напряжения, гармонический состав потребляемого тока. Коэффициент мощности и КПД управляемых выпрямителей.

Инверторы, ведомые сетью. Переход от выпрямительного к инверторному режиму. Однофазный инвертор со средней точкой. Трехфазный мостовой инвертор. Основные характеристики и режимы работы.

Многомостовые схемы выпрямления.

1.3. Преобразователи с искусственной коммутацией (8 часов).

Импульсные преобразователи постоянного тока. Схемные решения импульсных прерывателей. Способы искусственной коммутации тиристоров.

Автономные инверторы. Параллельный инвертор тока. Последовательный инвертор тока, инвертор тока с отсекающими диодами. Инверторы напряжения. Основные характеристики для различных типов нагрузки. Резонансные инверторы. Режимы работы. Основные характеристики. Методы регулирования и стабилизации выходного напряжения.

1.4. Преобразователи частоты (4 часов).

Преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока. Преобразователи частоты с ШИМ-модуляцией.

Непосредственные преобразователи частоты. Методы формирования кривой выходного напряжения. Закон регулирования угла управления. Режимы работы при активной и активно-индуктивной нагрузке.

1.5.Системы управления преобразовательными устройствами (4 часа).

Системы управления управляемых выпрямителей. Системы управления преобразователей частоты с непосредственной связью. Системы управления автономных инверторов.

II. Названия лабораторных работ

5 семестр

№1. Исследование характеристик и параметров неуправляемых выпрямителей (8 часов).

№2.Однофазный тиристорный преобразовачаса).

№3. Система управления тиристорного преобразователя напряжения переменного тока в

постоянный (4 часа).

Примечание: на первом занятии проводится обучение охране труда и технике безопасности в лаборатории, поэтому первое занятие выполняется с сокращением программы испытаний.

III. Использование информационных технологий при изучении дисциплины

III.1.Лекции

Объем обучения с применением информационных технологий __-__ (часов по семестрам)

III.2. Лабораторные работы

При обработке результатов и оформлении отчетов лабораторных работ используется Microsoft Office.

IV. Контроль и оценка качества изучения дисциплины

IV.1. Лекции и практические занятия

5 семестр

в конце семестра проводится контрольная работа по лекционному материалу с последующим разбором типичных ошибок. Работа оценивается по пятибалльной шкале.

IV.2. Лабораторные работы

5 семестр

4 оценки (защиты) лабораторных работ по пятибалльной шкале

IV.3. Методика определения итоговой зачетной оценки практических знаний студента в семестре

Как среднеарифметическая оценка по п. п.VII.1,VII.2.

V. Итоговый контроль теоретических и практических знаний студента в сессию

5 семестр

Зачет по учебному плану (вопросы на зачет приведены в приложении 1.)

В приложение к диплому выносится оценка за 5 семестр

VI. Литература

VI.1. Учебники

Автор(ы), название учебника	Кол-во в библ.
1. Силовая электроника: Учеб. для вузов / , , . – М.: Изд. дом МЭИ, 2007.	35
2. , Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов, 7-е изд. – СПб: 2003.	25

VI.2. Учебные пособия

1. Электронные устройства электромеханических систем: Уч. пособие для вузов/, . – М.: Академия, 2004	10
2. Силовые полупроводниковые ключи: Семейство. Характеристики. Применение. - М.: Додэка – ХХ1, 2001.	29
3. Основы силовой электроники. 3-е изд. перераб. и доп. – Новосибирск, 2004.	53
4. Основы преобразовательной техники: уч. пособие для вузов /. – М.: МЭИ, 2005	10
5. Электроника: Учеб. пособие для вузов. 3-е изд. - Ростов н/Д: Феникс, 2002.	30
6. Основы силовой электроники/; пер. с анг. ; под ред. . – М.: Техносфера, 2006. – 286 с.	2

VI.3. Описания лабораторных работ

1. Ильюшкин С. Н., Саватеева И. С. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Силовые преобразователи электроэнергии». - Смоленск: РИО филиала ГОУВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Смоленске, 2009. – 24 с.	13
2. Исследование характеристик преобразователей: Учеб. пособие по курсу «Элементы систем автоматики» - Смоленск: СФМЭИ, 2003	15

VI.4. Технические и профессиональные справочники по дисциплине

1. Электротехнический справочник. В 4-х т., T.2 / Под общ. ред. и др. - 9-е изд. - М.: МЭИ, 1998.	4
2. Справочное пособие по основам электротехники и электроники. Под ред. . 2-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1997. – 352 с.	7
3. Справочник по электротехнике и электрооборудованию/. – 5-е изд.,стер. – М.:Высш. шк., 20с.	3

VI. 5. СD – носители информации по дисциплине отсутствуют

VI.6. Нормативно-технические документы

ГОСТ 4.139-85 Преобразователи электроэнергии полупроводниковые. Номенклатура показателей.

ГОСТ Р51321.1-2000 Устройства комплектные низковольтные распределения и управления. Ч.1. Общие технические требования и методы испытаний

ГОСТ 12.2.007.0-75 ССБТ. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности

Программу составила:		к. т.н. доцент
	Утверждаю
Зав. кафедрой:
«Электромеханические системы»		к. т.н. профессор
Учебная программа дисциплины рассмотрена и утверждена на заседании кафедры ЭМС________________протокол № _______

Приложение 1.

ВОПРОСЫ

к зачету по курсу "Силовые преобразователи электроэнергии"

1. Виды преобразования электрической энергии.

2. Силовые диоды. Основные характеристики и параметры.

3. Силовые транзисторы. Основные характеристик и параметры.

4. Силовые тиристоры. Основные характеристики и параметры.

5. Выпрямители. Основные характеристики. Классификация.

6. Однофазная однополупериодная схема выпрямления.

7. Однофазная двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой.

8. Однофазная мостовая схема выпрямления.

9. Трехфазная нулевая схема выпрямления.

10. Трехфазная мостовая схема выпрямления.

11. Многомостовые схемы выпрямления.

12. Гармонический состав выпрямленного напряжения и первичных токов в схемах выпрямления.

13. Коммутации токов в схемах выпрямления. Особенности коммутации в трехфазных схемах.

14. Внешние характеристики выпрямителей.

15. Коэффициент мощности и кпд выпрямителей.

16. Особенности работы выпрямителей на емкостную нагрузку и на противо эдс.

17. Инверторы, ведомые сетью. Переход от выпрямительного к инверторному режиму.

18. Импульсные преобразователи постоянного тока. Искусственная коммутация тиристоров.

19. Автономные инверторы. Основные определения. Способы коммутации тиристоров.

20. Параллельный мостовой инвертор тока.

21. Последовательный мостовой инвертор тока.

22. параллельный мостовой инвертор напряжения.

23. Преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока.

24. Преобразователь частоты с непосредственной связью.

25. Основные требования, предъявляемые к системам управления тиристорными преобразователями.

26. Системы импульсно-фазового управления преобразователями с естественной коммутацией. Общие принципы построения.

27. Системы управления преобразователями частоты с непосредственной связью.

Приложение 2.

ГЛОССАРИЙ

Выпрямитель — устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток.

Фазность выпрямления – число полуволн кривой выпрямленного напряжения за период напряжения питающей сети.

Точка естественного отпирания – момент времени, когда к вентилю прикладывается положительное напряжение.

Угол управления – задержка времени относительно точки естественного отпирания вентиля, спустя которую на управляющий электрод вентиля подаётся управляющий импульс.

Регулировочная характеристика выпрямителя – зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от угла управления.

Внешняя характеристика выпрямителя – зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от среднего значения тока нагрузки.

Коммутация (в полупроводниковых преобразователях) – процесс перехода тока с вентиля на вентиль.

Импульсный преобразователь постоянного тока – преобразователь, в котором энергия источника передается в нагрузку непосредственно на проводящем интервале главного силового ключа.

Коэффициент заполнения импульсного цикла — отношение длительности импульса к периоду следования (повторения) импульсов

Широтно-импульсное регулирование – способ регулирования напряжения, при котором при постоянном периоде изменяется интервал, в течение которого к нагрузке подводится напряжение питающей сети.

Частотно-импульсное регулирование – способ регулирования напряжения, при котором интервал, в течение которого к нагрузке подводится напряжение сети, не изменяется, но изменяется период следования импульсов.

Инвертор — устройство для преобразования постоянного тока в переменный ток.

Зависимый (ведомый сетью) инвертор – преобразователь, в котором поток энергии поступает от источника постоянного тока в сеть переменного тока, причем коммутация вентилей инвертора осуществляется под действием переменного напряжения внешней сети.

Автономный (независимый) инвертор – инвертор, в котором коммутация вентилей осуществляется либо включением и выключением полностью управляемых приборов (транзисторов и запираемых тиристоров), либо с помощью устройств принудительной коммутации, входящих в состав схемы преобразователя и обеспечивающих выключение не полностью управляемых приборов (тиристоров).

Автономный инвертор напряжения (АИН) – инвертор, питаемый от сети постоянного тока с преобладающими свойствами источника напряжения.

Автономный инвертор тока (АИТ) – инвертор, питаемый от сети постоянного тока с преобладающими свойствами (характеристиками) источника тока.

Преобразователь частоты — устройство, вырабатывающее переменный электрический ток с частотой и напряжением, отличными от частоты тока и напряжения сети.

Преобразователь частоты с непосредственной связью – преобразователь с непосредственной двусторонней связью питающей сети и нагрузки переменного тока.

Преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока – двухзвенный преобразователь частоты, во входном звене которого установлен выпрямитель, а в выходном - автономный инвертор.