Трансформаторы. Преобразователи. Выпрямители

Предложены математические модели амплитудных и амплитудно-частотных характеристик вакуумного емкостного делителя высоких высокочастотных напряжений. Теоретически обосновывается правомочность применения разрабатываемого алгоритма к измерениям динамических характеристик ДН высоких высокочастотных напряжений.

Представлены математический пакет МАTLAВ и его приложения для визуального моделирования силовых электрических устройств. На примере однофазной однополупериодной схемы выпрямления рассмотрены принципы построения моделей тиристорных преобразователей. Показаны особенности работы многофазных преобразователей в выпрямительном и инверторном режимах с нагрузкой в виде якорной цепи двигателей постоянного тока, а также построенных на их основе непосредственных преобразователей частоты для управления асинхронными двигателями. Приведены основные теоретические сведения по указанным разделам курсов и задание для выполнения работы.

Теоретические исследования, представленные в монографии, по- священы разработке методов структурного синтеза и схемотехниче- ского анализа вентильных преобразователей переменного тока в по- стоянный. Описаны процедуры нескольких методов синтеза вентиль- ных схем и геометрические правила генерации схемных решений трансформаторных преобразователей числа фаз. Отражена история развития схемотехники выпрямителей и дана топологическая класси- фикация вентильных преобразователей, учитывающая современный уровень топологических исследований. Основным объектом прило- жения для разработанной теории структурного синтеза выбран преоб- разовательный комплекс электрического транспорта.

Работа посвящена системам диагностического мониторинга и управления техническим состоянием силового трансформаторного оборудования ответственных энергетических объектов (электростанций и электрических сетей). Особое внимание уделяется методам и моделям предиктивной аналитики, позволяющим обеспечивать надежное функционирование трансформаторов, как критически важного актива ЭЭС, на основе достоверного распознавания и своевременного устранения опасных развивающихся дефектов. Предложены оригинальные решения и программное обеспечение, согласующие функциональные возможности современных технических средств мониторинга с повышенными требованиями к достоверности диагностической оценки состояния оборудования.

Рассматриваются векторно-матричные математические модели трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, получившего широкое распространение в большинстве промышленных установок и технологических комплексов. На основании линейных преобразований с соответствующими матрицами, которые можно интерпретировать как математические операции над вектором или координатной системой, получены дифференциальные и алгебраические уравнения асинхронной машины в различных базисах трехмерного пространства, с помощью которых описывается процесс электромеханического преобразования энергии при симметрии электромагнитных переменных, а также в случае наличия токов нулевой составляющей. Содержание работы иллюстрируется большим количеством рисунков, а также рядом практических приложений, которые облегчают изучение излагаемого материала.

Монография посвящена разработке методов структурного синтеза и схемотехнического анализа вентильных преобразователей переменного тока в постоянный ток. В ней рассмотрена теория построения схемных решений многопульсных выпрямителей с естественной коммутацией и на конкретных примерах показаны пути их дальнейшего развития и совершенствования. Проведен детальный анализ классификационных признаков существующих вентильных преобразователей и установлено, что они не в полной мере реализуют гносеологическую роль, не отражают иерархию и суть происходящих в них процессов. Предлагаемая топологическая классификация не зависит от элементной базы и помогает ориентироваться в огромном множестве схемных решений вентильных преобразователей, систематизируя принципы их работы. Это упрощает проведение анализа, делая более осмысленным подход к изучению электромагнитных процессов для решения прикладных задач потребительского характера.

Рассмотрены различные подходы к анализу процессов электромеханического преобразования энергии. Пособие построено на фундаментальных положениях электродинамики, снабжено обширным практическим материалом. Предназначено для студентов и аспирантов электромеханических специальностей.

В настоящее время отмечена тенденция роста производственной деятельности металлургической, химической и других отраслей промышленности. Вместе с этим, как следствие, отмечен рост потребления электрической энергии с низкими показателями качества, т. е. наблюдается потребление неактивной мощности, в том числе мощности искажений. В этой связи становится актуальной задача разработки статических компенсаторов неактивной мощности – СТАТКОМ. Разработка любой системы преобразования энергии требует детального анализа электромагнитных процессов, что, в свою очередь, влечет за собой разработку математического описания этих процессов и создание математических моделей. В данной работе предлагается к рассмотрению анализ электромагнитных процессов в СТАТКОМе на базе многоуровневых преобразователей, соединенных в параллель. Представлена математическая модель для анализа электромагнитных процессов в полупроводниковом преобразователе на базе параллельного соединения многоуровневых модулей посредством уравнительных реакторов и общего звена постоянного тока. Проведен краткий анализ качества выходного напряжения и уравнительных токов в преобразователях. Анализ проведен для несимметричного способа ШИМ с фазовым сдвигом опорных сигналов. Показано влияние количества преобразователей на качество преобразования электрической энергии в статическом компенсаторе. Результаты анализа подтверждены компьютерным моделированием.

Рассматриваются различные подходы в вопросах анализа электромеханических процессов в движущихся элементах электромеханики. Особое внимание уделяется вопросам энергопреобразования и определения электромагнитных сил в динамических режимах работы электромеханических устройств с постоянной и переменной индуктивностью.

Приведены результаты исследования разработанных авторами схемотехнических и математических моделей полупроводниковых преобразователей, содержащих согласующие трансформаторы с пульсирующими и вращающимися магнитными полями. Схемотехнические модели выпрямителей и инверторов, построенные на базе трансформаторов с вращающимися магнитными полями, разработаны в программной среде Micro-Cap и Matlab. Выполнены исследования спектральных составов питающих и выходных токов и напряжений преобразователей и установлены связи между качеством выходных токов и напряжений и числом пар силовых ключей коммутаторов, сделаны выводы об эффективности преобразователей с разным числом пар силовых ключей. Математическая модель выпрямителя на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем разработана в программной среде MatLab-Simulink и предназначена для исследования динамических режимов работы преобразователя нового типа.

Представлена методика расчета электромагнитных процессов в преобразователях с фиксирующими диодами на основе математического моделирования и метода переключающих функций. Особенностью предлагаемой методики является возможность расчета основных показателей энергетической эффективности полупроводниковых преобразователей в различных режимах работы, Кроме того, она универсальна к числу уровней напряжений преобразователей и числу фаз. Благодаря использованию современных вычислительных средств, существенно сокращается время и трудоемкость расчетов. Предложенная методика проверена физическим экспериментом.

Настоящее учебно-методическое пособие является девятым продолжением запланированной серии учебно-методических пособий для практических занятий по курсу «Электромагнитная совместимость устройств силовой электроники», предназначенных для магистрантов и бакалавров специальности «Промышленная электроника». Во-первых, оно является учебным пособием, дополняя учебник «Основы силовой электроники», по одному важному новому подклассу старейшего класса выпрямительных устройств, а именно транзисторным трехфазным выпрямителям, управляемым в полном диапазоне регулирования выпрямленного напряжения, с улучшенной электромагнитной совместимостью за счет формирования практически синусоидального входного тока, фактически синфазного с питающим напряжением. Во-вторых, данное руководство используется и как методическое пособие для практических занятий по курсу ЭМС устройств силовой электроники применительно к анализу указанных новых устройств.

В статье предлагается математическая модель и методика анализа влияния собственных шумов элементов схемы корректирующего канала с периодической коррекцией погрешности нуля УПТ на выходной сигнал измерительных преобразователей с целью минимизации порога чувствительности.

Рассмотрены современная элементная база силовой электроники, методы управления и способы защиты силовых ключей, приведены описание и анализ работы выпрямителей и регуляторов, включая анализ коммутационных процессов и оценку влияния преобразователей на питающую сеть. Дан анализ ущерба от высших гармоник в СЭЭС и мероприятия по его снижению. Приведены сведения об активных энергетических фильтрах, позволяющих эффективно решать проблему качества электроэнергии в автономных электроустановках. Изложены схемы и режимы работы зависимых и автономных инверторов и преобразователей частоты на их основе, включая НПЧ матричного типа на современных ключевых элементах. Приведено описание нового класса выпрямителей и инверторов, построенных на базе трансформаторов с вращающимися магнитными полями. Изложены способы построения систем управления судовыми преобразователями и моделирование преобразователей в среде Micro-Cap. Приведены сведения о реально применяемых преобразователях на судах, а также рассмотрены вопросы обеспечения качества электрической энергии на входе и выходе ПП и улучшение их электромагнитной совместимости с питающей сетью и нагрузкой. Дана оценка влияния качества электроэнергии на виброакустические характеристики судового электрооборудования и самих ПП.

Многоуровневые преобразователи находят свое применение во многих областях электроэнергетики и электротехники. При этом качество преобразования электрической энергии в данных преобразователях во многом зависит от способа реализации широтноимпульсной модуляции (ШИМ) – скалярной или векторной. Выбор способа ШИМ во многом основывается на субъективных оценках разработчиков. В этой связи возникает необходимость проведения формального анализа и выявления взаимосвязи между скалярной и векторной ШИМ. Можно отметить, что данной задаче посвящены работы отечественных и зарубежных авторов, однако они направлены на исследование ШИМ для трехфазных многоуровневых схем. Отмечая актуальность применения однофазных многоуровневых преобразователей, авторы ставят перед собой цель – выявление взаимосвязи скалярной и векторной ШИМ в однофазных многоуровневых полупроводниковых преобразователях с фиксирующими диодами. В представленной работе проводится сопоставительный анализ и выявляется взаимосвязь между скалярной и векторной ШИМ для однофазных многоуровневых преобразователей с фиксирующими диодами. Определяются критерии данной взаимосвязи. Для подтверждения результатов был проведен синтез напряжений для фазных стоек однофазного трехуровневого преобразователя для скалярной и векторной ШИМ соответственно. Синтез проводился с использованием программного обеспечения Mathcad и выявленных критериев взаимосвязи. Полученные при этом результаты показали полное соответствие двух видов ШИМ.

Работа подготовлена кафедрой тепловых электрических станций и утверждена Редакционно-издательским советом университета в качестве учебно-методического пособия для студентов-заочников направления 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника», профиль «Производство тепловой и электрической энергии».

Рассмотрены современная элементная база силовой электроники, методы управления и способы защиты силовых ключей, приведены описание и анализ работы выпрямителей и регуляторов, включая анализ коммутационных процессов и оценку влияния преобразователей на питающую сеть. Дан анализ ущерба от высших гармоник в СЭЭС и мероприятия по его снижению. Приведены сведения об активных энергетических фильтрах, позволяющих эффективно решать проблему качества электроэнергии в автономных электроустановках. Изложены схемы и режимы работы зависимых и автономных инверторов и преобразователей частоты на их основе, включая НПЧ матричного типа на современных ключевых элементах. Приведено описание нового класса выпрямителей и инверторов, построенных на базе трансформаторов с вращающимися магнитными полями. Изложены способы построения систем управления судовыми преобразователями и моделирование преобразователей в среде Micro-Cap. Приведены сведения о реально применяемых преобразователях на судах, а также рассмотрены вопросы обеспечения качества электрической энергии на входе и выходе ПП и улучшение их электромагнитной совместимости с питающей сетью и нагрузкой. Дана оценка влияния качества электроэнергии на виброакустические характеристики судового электрооборудования и самих ПП.

Рассматриваются вопросы минимизации порога чувствительности усилителей постоянного тока, применяемых наиболее часто в различных преобразователях информативных сигналов малого уровня, путем введения периодической коррекции погрешности нуля на основе предложенной автором математической модели и методики анализа влияния собственных шумов элементов схемы корректирующего канала.

Рассмотрены особенности непрерывных моделей импульсных преобразователей напряжения, отмечены их преимущества и недостатки. Показано, что существующие непрерывные модели (Бен-Якова, Ворпериана, Эриксона–Максимовича) могут приводить к существенным ошибкам моделирования в некоторых режимах работы преобразователя напряжения. Предложена модель, свободная от указанных недостатков. В частности, данная модель для преобразователя напряжения первого типа корректно работает даже в случае, когда выходное напряжение оказывается больше входного, а также при коэффициенте заполнения управляющих импульсов существенно больше 0,5. Проведен сравнительный анализ моделей и показаны преимущества предложенного варианта.

Данная работа посвящена сравнению способов баланса напряжений на конденсаторах в однофазном трехуровневом полупроводниковом преобразователе с фиксирующими диодами при реализации различных видов широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Пособие является второй частью курса «Силовая электроника». Рассмотрены принципы построения и расчета силовых преобразователей электрической энергии. Предназначено для студентов направлений 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств» всех форм обучения, а также может быть рекомендовано для студентов других технических направлений подготовки.

Предлагаемое учебное пособие содержит методологическую основу структуры разработки электромеханических преобразователей энергии. Наибольшее внимание в учебном пособии уделяется основному блоку этой структуры – электромагнитному расчету. В пособии описаны ряд современных подходов, позволяющих студенту обосновать принимаемые конструктивно-технические решения. Пособие содержит рекомендации по оформлению и организационные вопросы при выполнении выпускной квалификационной работы.

Приведен анализ тепловых явлений, протекающих в трансформаторах с вращающимися магнитными полями. Представлена методика расчёта энергетических характеристик трансформаторов с вращающимися магнитными полями, на базе которых осуществлен расчёт трансформатора на мощность 6,5 кВт с пазами трапецеидальной и грушевидной форм. В соответствии с представленными расчётами приведены описания построения моделей трансформаторов с вращающимися магнитными полями в среде моделирования ANSYS, выполнено моделирование тепловых процессов протекающих в них, проанализированы результаты.

Настоящее учебно-методическое пособие охватывает полный цикл практических работ, выполняемых бакалаврами III курса РЭФ по «Основам силовой электроники». В пособии содержится описание аппаратного комплекса, включающего разного рода типы преобразователей и нагрузок. Студенты выполняют работы по выпрямителям, зависимым инверторам, реверсивным преобразователям и тиристорному регулятору переменного напряжения. Приводится порядок выполнения экспериментов и необходимые формулы для обработки результатов.

В монографии исследуются особенности проектирования интегральных компонентов для модулей питания беспроводных пассивных микроустройств, которые могут применяться в интернете вещей, сетях беспроводных датчиков, системах мониторинга состояния, приложениях радиочастотной идентификации и в других областях. Цель издания планируемой монографии заключается в предоставлении возможности ознакомления широкой аудитории с результатами научных исследований, в частности в рассмотрении оригинальных схем, конструкций, моделей, методик и рекомендаций по проектированию, которые могут найти применение на практике.

Во второй части настоящего учебного пособия излагаются принципы построения микропроцессорных систем управления вентильными преобразователями с искусственной коммутацией (на примере автономных инверторов напряжения), способы микропроцессорной реализации алгоритмов управления указанными преобразователями, а также основы реализации цифровых регуляторов.

Учебное пособие содержит теоретический и практический материал для изучения электропривода и электрических машин, которые используются в полиграфии, а также методы их компьютерного моделирования.

В учебном пособии рассматриваются принципы работы и конструктивные особенности инверторов и преобразователей частоты, применяемых в системах регулируемого автоматизированного электропривода.

Излагаются элементы теории тиристорных преобразователей частоты с непосредственной связью и естественной коммутацией, касающиеся изучения их динамических свойств и оптимизации алгоритмов управления ими. Рассмотрены вопросы реализации системы управления преобразователей частоты с непосредственной связью и естественной коммутацией при работе в режиме источника тока на примере трехфазной мостовой схемы с использованием дискретных аналоговых и цифровых микросхем. Анализируются энергетические характеристики преобразователя частоты и способы их улучшения. Представлены примеры применения тиристорных преобразователей частоты с непосредственной связью и естественной коммутацией в электроприводах переменного тока, в системах генерирования электрической энергии для летательных аппаратов и ветроэнергетических установок.

Рассмотрены физические принципы работы, свойства, параметры и характеристики основных функциональных узлов, входящих в состав устройств электропитания радиоэлектронных средств и систем: дросселей, трансформаторов, выпрямителей, сглаживающих фильтров, регуляторов, стабилизаторов, преобразователей напряжения, первичных источников электрической энергии, электрических машин, а также вопросы электропитания объектов телекоммуникаций, электромагнитной совместимости и защиты устройств электропитания. Учебное пособие содержит описание цикла компьютерных лабораторных работ по имитационному схемотехническому моделированию источников вторичного электропитания в Multisim. Список литературы способствует повышению эффективности самостоятельной работы студентов.

В учебнике рассматриваются вопросы теории трансформаторов. Опи-сываются многочисленные конструкции трансформаторов и их примене-ние в различных отраслях промышленности.

В учебном пособии излагаются принципы устройства электрических машин, физические и теоретические основы электромеханического преобразования энергии в электрических машинах, анализируются режимы их работы, рассматриваются их потребительские и эксплуатационные свойства.

В пособии изложены описания конструкций, основы теории, эксплуатационные свойства электрических машин и трансформаторов. Приведен перечень лабораторных работ, контрольные вопросы при их защите, вопросы и ответы для самопроверки остаточных знаний.

Рассматриваются физические закономерности, имеющие место в генераторах, трансформаторах и двигателях системы собственных нужд электростанций в различных режимах, содержатся характеристики вспомогательных систем, таких, как системы возбуждения и гашения поля генераторов.

Представлена эволюция развития семейств мощных ключевых приборов. Приведены базовые структуры полупроводниковых ключей, их характеристики, методы управления и защиты. Рассмотрены особенности их применения в устройствах энергетической электроники. Исправлены опечатки и неточности, обнаруженные в первом издании книги. Существенно переработан раздел 7.1, представляющий самые современные достижения в области разработок силовых ключей. В книгу включен также материал по созданию перспективных ключевых приборов на основе карбида кремния. Внесены соответствующие изменения и в приложения к книге, представляющие справочные данные по силовым ключам.

Рассмотрены трансформаторы и выпрямители, применяемые для дуговой и электрошлаковой сварки. Описаны свойства и характеристики основных источников нагрева при сварке плавлением. Приведены электрические схемы, устройства конструкций серийно выпускаемых источников питания.

В предложенном учебном пособии рассматриваются теоретические вопросы согласования параллельной работы статических преобразователей энергии, работающих как в выпрямительном, так и в инверторном режиме. Детально рассмотрено понятие результирующего вектора трехфазных электрических цепей. Показано, что достигнуть высокой точности распределения токов между параллельно работающими статическими преобразователями энергии на общую нагрузку без соответствующего выбора параметров довольно сложно. Приведены различные примеры синтеза корректирующих устройств при построении систем управления параллельно работающими статическими преобразователями энергии – выпрямителями и инверторами.

В монографии изложены принципы построения и алгоритмы управления нового класса энергоэффективных устройств и систем силовой электроники на основе резонансных структур с переключаемыми конденсаторами. Снижение их массы и объема объясняется более чем на два порядка лучшими удельными энергетическими показателями современных многослойных керамических конденсаторов по сравнению с аналогичными показателями трансформаторов и дросселей. Предложенная концепция их совершенствования, обеспечивающая дополнительное улучшение энергетических и массогабаритных показателей, базируется на фундаментальных принципах временнóй и пространственной симметрии. Проведен детальный анализ электрических процессов, протекающих в силовой цепи, разработанных устройств и систем, позволяющий осуществить инженерный расчет и оптимизацию параметров их реактивных элементов.

Содержит материалы для подготовки и выполнения лабораторных работ по основным разделам дисциплины «Электрические сети и системы», вопросы и тестовые задания к зачету по лабораторным работам.

В пособии изложена актуальная техническая информация об электрооборудовании установок электроцентробежных насосов для добычи нефти. Описан перспективный способ повышения энергетической эффективности электротехнического комплекса для добычи нефти за счет использования внутрискважинных компенсаторов реактивной мощности.

Содержатся методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Электротехника и основы электроники». Изложены: порядок сборки цепи, правила снятия показаний приборов, техника безопасности, методики построения векторных диаграмм.

Приведены основы моделирования электрических машин (трансформаторы, асинхронные и синхронные машины и машины постоянного тока) в среде MATLAB 7.x с помощью приложения Simulink

Приведены основы моделирования электрических машин (трансформаторы, асинхронные и синхронные машины и машины постоянного тока) в среде MATLAB 7.x с помощью приложения Simulink

Приводится описание разработанного интегрирующего АЦП на основе преобразователя напряжения в интервал времени с предварительной интегрально-импульсной модуляцией. В нем реализованы основные принципы ? -АЦП: передискретизация, шейпинг шума квантования, цифровая фильтрация и децимация. С целью снижения требований к этим процедурам проводится предварительная минимизация погрешности от краевых эффектов. Приводятся результаты экспериментального анализа влияния сетевой помехи на точность преобразования при реализации различных цифровых фильтров.

Рассмотрены причины, ограничивающие удельную реактивную мощность, которую возможно пропускать через материалы силовых индуктивностей и емкостей. Эти причины можно условно разделить на энергетические и тепловые. Энергетические ограничения вытекают из конечной удельной энергоемкости материалов и заданной частоты преобразования. Тепловые ограничения возникают из-за наличия тепловых потерь в реальном реактивном элементе и неидеальных условий охлаждения. Расчет тепловых режимов материалов ведется с учетом тангенса угла потерь, максимальной температуры работы и термического сопротивления элемента. В работе предложена универсальная методика расчета оптимальной частоты преобразования и максимально допустимой удельной реактивной мощности активных материалов. Данная методика позволяет выбрать режим работы реактивного материала, при котором полностью используются его возможности как по энергетическим, так и тепловым параметрам. Применяемая оценка материалов по максимально допустимой удельной реактивной мощности отличается от традиционного рассмотрения коэффициента производительности и параметров Штейнмеца, но является их логическим продолжением. Разработанная методика расчета ориентирована на практические инженерные расчеты — в ней используются общепринятые параметры, приводимые производителями в описаниях к материалам. Также для упрощения расчетов при анализе не учитываются амплитудная и частотная нелинейности потерь. Проведенный по предложенной методике анализ показал, что наибольшей удельной реактивной мощностью обладают высокочастотные материалы с малой энергоемкостью в диапазоне значений частоты преобразования 0,3…3 МГц. Согласно результатам анализа, наиболее перспективными материалами являются высокочастотная конденсаторная керамика и никель-цинковые ферриты с низкой проницаемостью. Большая удельная реактивная мощность достижима при использовании реактивных компонентов без активных материалов в диапазоне 3…300 МГц. В данном диапазоне возможна реализация высокодобротных реактивных элементов без применения материалов с высокой диэлектрической или магнитной проницаемостью. При исключении активных материалов оказывается возможна штатная работа реактивных элементов при температурах, близких к температуре плавления проводника

Описывается метод синтеза многофазных автономных инверторов напряжения на основе использования генетических алгоритмов. Задача синтеза решалась по критерию минимума коэффициента несинусоидальности выходного напряжения автономных инверторов напряжения со ступенчатой модуляцией. Целью работы является автоматизация процесса поиска новых схемных решений в данном классе преобразовательных устройств.

Настоящее учебно-методическое пособие охватывает полный цикл практических работ, выполняемых студентами IV курса по «Основам силовой электроники». В пособии содержится описание аппаратного комплекса, включающего разного рода типы преобразователей и нагрузок. Студенты выполнят работы по мостовому инвертору тока, однофазному и трехфазному инвертору напряжения. Приводятся порядок выполнения экспериментов и необходимые формулы для обработки результатов. Кроме того студенты ознакомятся теоретически с матричными преобразователями частоты.

В учебном пособии приведен порядок выполнения курсового и дипломного проектирования по направлению специальности «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования». Представлены необходимые для выполнения проектов справочные материалы.

Проведено исследование образцов бумаги с различной степенью деградации люминесцентным методом и методами ИКспектроскопии. Выявлена высокая корреляция между степенью полимеризации бумаги и количеством в бумаге карбонильных групп.

Рассмотрены схемы управляемых и неуправляемых выпрямителей. Представлены электрические схемы исследуемых устройств, таблицы для экспериментальных данных и расчетные формулы.