новое5 курс Электронная техника и преобразователи напряжения в электроснабжении (дополнительные разделы

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
"МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ» (МГУПС (МИИТ))
НИЖЕГОРОДСКИЙ ФИЛИАЛ


УТВЕРЖДАЮ:
Директор Хомов А.В.


«___» ____________2015 г.



Кафедра «Электрификация и электроснабжение»


Автор Сухов Михаил Юрьевич


УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕХНИКА И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИИ
(ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ РАЗДЕЛЫ)


Специальность:23.05.05(190901.65)«Системы обеспечения движения поездов»
Специализации: «Электроснабжение железных дорог»



Утверждено на заседании ученого
совета филиала

Протокол № ______________
«___» ______________ 2015 г.





Нижний Новгород 2015 г.

Автор-составитель:
Сухов Михаил Юрьевич, канд. техн. наук, доцент

Учебно-методический комплекс по дисциплине Электронная техника и преобразователи напряжения в электроснабжении (дополнительные разделы) составлен в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования и на основании примерной учебной программы данной дисциплины в соответствии с государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки специалиста по специальности 23.05.05(190901.65) Системы обеспечения движения поездов.
Дисциплина входит в вариативную часть профессионального цикла дисциплин специальности и является обязательной для изучения.

Содержание


Рабочая программа учебной дисциплины
4

Конспект лекций по дисциплине ..
11

Задания на лабораторные работы..
27

Задания на практические занятия..
29

Задание на курсовой проект и указания по его выполнению.....
31

Методические указания студентам...
33

Методические указания преподавателям.
34

Экзаменационные вопросы
35

Экзаменационные билеты..
38


ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
"МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ» (МГУПС (МИИТ))
НИЖЕГОРОДСКИЙ ФИЛИАЛ


УТВЕРЖДАЮ:
Директор Хомов А.В.


«___» ____________2015 г.



Кафедра «Электрификация и электроснабжение»


Автор Сухов Михаил Юрьевич



РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕХНИКА И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИИ
(ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ РАЗДЕЛЫ)


Специальность: 190901.65. Системы обеспечения движения поездов
Специализация: Электроснабжение железных дорог



Утверждено на заседании ученого
совета филиала

Протокол № ______
«___» ______________ 2015 г.






Нижний Новгород 2015 г.
Цели освоения учебной дисциплины
Целью освоения учебной дисциплины «Электронная техника и преобразователи напряжения в электроснабжении (дополнительные разделы)» является формирование у обучающихся компетенций в соответствии с федеральными государственными образовательными стандартами по специальности «Системы обеспечения движения поездов» и приобретение ими:
- знаний о физических основах перспективных силовых приборах используемых в преобразовательных агрегатах;
- умений проводить расчеты электрических параметров преобразовательных агрегатов;- навыков расчета и выбора элементов полупроводниковых преобразователей.

Требования к уровню освоения дисциплины
В ходе изучения дисциплины «Электронная техника и преобразователи напряжения в электроснабжении (дополнительные разделы)» у студента должны быть сформированы знания, умения и навыки, соотнесенные с планируемыми результатами освоения образовательных программ
Компетенции, формируемые в процессе изучения дисциплины
Планируемые результаты освоения дисциплины

ПК-10 способностью применять знания в области электротехники и электроники для разработки и внедрения технологических процессов, технологического оборудования и технологической оснастки, средств автоматизации и механизации;
Знать: физические основы перспективных  приборов  силовой электроники, характеристики перспективных силовых приборов и способов организации на их основе преоразовательных агрегатов


Уметь: использовать  перспективные силовые приборы для создания преобразовательных устройств


Владеть: методами расчетов   проектирования новых преобразовательных устройств с использованием перспективных силовых приборов

ПСК-1.6 знанием способов выработки, передачи, распределения и преобразования электрической энергии, закономерности функционирования электрических сетей и энергосистем, теоретические основы электрической тяги, техники высоких напряжений; знанием технологии, правил и способов организации технического обслуживания и ремонта устройств контактной сети и линий электропередачи, тяговых и трансформаторных подстанций, линейных устройств тягового электроснабжения, автоматики и телемеханики по заданному ресурсу и техническому состоянию; знает эксплуатационно-технические требования к системам электроснабжения.
Знать: способы  преобразования электрической энергии,  правила и способы организации технического обслуживания преобразовательных агрегатов


Уметь: проводить расчеты характеристик и  показателей силовых приборов и устройств управления и диагности преобразователей


Владеть: методами расчетов преобразователей с использованием ПЭВМ с прикладными програмными средствами

Место учебной дисциплины в структуре ООП ВО
Дисциплина входит в базовую часть профессионального цикла дисциплин специальности и является обязательной для изучения.
      Дисциплина «Электронная техника и преобразователи напряжения в электроснабжении (дополнительные разделы)» базируется на знаниях дисциплин:
- Теоретические основы электротехники;
- Тяговые и трансформаторные подстанции;
- Электронная техника и преобразователи в электроснабжении,
и является базой для изучения дисциплин:
- Автоматизация систем электроснабжения;
- Тяговые трансформаторные подстанции (дополнительные разделы);
- Электромагнитная совместимость и средства защиты;
- Электросберегающие технологии;
- Электроснабжение железных дорог (дополнительные разделы).
Объем дисциплины и виды учебной работы
Форма обучения – заочная
Курс – 5
Вид учебной работы
Всего часов

Общая трудоемкость дисциплины часов
Зачетных единиц
216
6

Контактная работа
21

из нее аудиторная работа всего
21

в т.ч. лекции
4

практические занятия
4

в т.ч. в интерактивной форме
4

лабораторные работы
4

контроль самостоятельной работы


промежуточный контроль
вид
часы

Экзамен
9

Самостоятельная работа
195

Текущий контроль
вид
количество

Курсовой проект
1

Темы и краткое содержание курса

Тема 1. Другие полупроводниковые приборы, применяющиеся в устройствах электроснабжения
Перспективные полупроводниковые приборы, работающие в ключевом режиме. Интегральные блоки и интеллектуальные модули. Стабилитроны, фото- и светодиоды, варисторы.

Тема 2. Неуправляемые силовые полупроводниковые выпрямители
Коммутация в выпрямительных установках и пульсации напряжения. Внешняя характеристика неуправляемых выпрямителей. Энергетические показатели неуправляемых выпрямителей.

Тема 3. Управляемые силовые полупроводниковые преобразователи
Назначение и классификация выпрямителей и инверторов. Коммутация в управляемых преобразователях. Внешняя, регулировочная и ограничительная характеристики инверторов. Автономные инверторы тока и напряжения.

Распределение часов по темам и видам учебной работы
Разделы и темы
Всего часов по учебному плану
Виды учебных занятий



Контактная работа
(Аудиторная работа)

СРС



ЛК
ЛР
ПЗ
КСР


Тема 1. Другие полупроводниковые приборы, применяющиеся в устройствах электроснабжения

62

2



1


60

Тема 2. Неуправляемые силовые полупроводниковые выпрямители

81



2
2


75

Тема 3. Управляемые силовые полупроводниковые преобразователи

64

2

2
1


60

Итого
207
4
4
4

195


Тематика лабораторных работ
Общей целью выполняемых на модели работ является: ознакомиться с особенностями работы выпрямителей; экспериментально проверить основные соотношения, характеризующие работу выпрямителей.

Тема 2. Неуправляемые силовые полупроводниковые выпрямители
Лабораторная работа 1.
Тема: Неуправляемый двенадцатипульсовый выпрямитель.

Тема 3. Управляемые силовые полупроводниковые преобразователи
Лабораторная работа 2.
Тема: Регулирование выпрямленного напряжения с помощью управляемого выпрямителя.

Тематика практических занятий
Общей целью практических занятий является:
-научиться расчету выпрямителя на неуправляемых вентилях, работающих на противо-ЭДС при бесконечной индуктивности сглаживающего реактора.

Тема 1. Другие полупроводниковые приборы, применяющиеся в
устройствах электроснабжения
Тема 2. Неуправляемые силовые полупроводниковые выпрямители
Тема 3. Управляемые силовые полупроводниковые преобразователи

Практические занятия №1 - 3
Тема: Расчет (с учетом реактивного сопротивления трансформатора) выпрямителя на неуправляемых вентилях, работающих на противо-ЭДС при бесконечной индуктивности сглаживающего реактора.

Учебно-методическое обеспечение
для самостоятельной работы по дисциплине

Распределение часов по темам и видам самостоятельной работы
Разделы и темы
Всего часов по учебному плану
Виды работы

Тема 1. Другие полупроводниковые приборы, применяющиеся в устройствах электроснабжения

60
Работа с литературой, выполнение курсового проекта

Тема 2. Неуправляемые силовые полупроводниковые выпрямители

75
Работа с литературой, выполнение курсового проекта

Тема 3. Управляемые силовые полупроводниковые преобразователи

60
Работа с литературой, выполнение курсового проекта

ИТОГО
195



Перечень учебно-методического обеспечения для самостоятельной работы студентов:
- учебная литература- библиотека филиала,
-методические рекомендации по выполнению курсового проекта (УМКд).
Фонд оценочных средств
а) Состав фонда оценочных средств представлен в таблице
Состав фонда оценочных средств
Вид оценочных средств
Количество

Текущий контроль

Контрольная работа
Учебным планом не предусмотрено

Курсовая работа
Учебным планом не предусмотрено

Курсовой проект
1

Промежуточный контроль

Допуск к экзамену
1

Зачет с оценкой
Учебным планом не предусмотрено

Экзамен*
1

Зачет
Учебным планом не предусмотрено

* экзаменационные вопросы и билеты в ФОСах по дисциплине (приложение 2 к ООП ВО)

б) Тематика курсового проекта: «Расчет выпрямительно-инверторного преобразователя».

Учебно-методическое обеспечение дисциплины (литература)
Основная
Розанов Ю.К., Рябчицкий М.В., Кваснюк А.А. Силовая электроника: Учебник для вузов // М.: Издательский дом МЭИ – 2008
Харченко А.Ф. Неуправляемые силовые полупроводниковые выпрямители: Уч. пос. - М.: МИИТ, 2009.

Дополнительная
Бурков А.Т. Электронная техника и преобразователи: Учебник для вузов ж.-д. транспорта - М.: Транспорт, 1999. – 464 с.
Забродин Ю.С. Промышленная электроника: Учебник для вузов. – М: Высшая школа, 1982. – 496 с.
Засорин С.Н., Мицкевич В.А., Кучма К.Г. Электронная и преобразовательная техника: Учебник для вузов ж.-д. транспорта - М.: Транспорт, 1981. – 319 с.



Материально-техническая база
Перечень оборудования, необходимого для проведения лабораторных работ:
осциллограф С1-74; электротехническое оборудование, мультиметры, осциллограф С1-55.







































КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

Тема 1. Другие полупроводниковые приборы, применяющиеся в устройствах электроснабжения
Современная элементная база силовой электроники
Одним из весьма эффективных направлений энергосберегающих технологий является широкое применение устройств силовой электроники. Достигнутый за последние 20 лет уровень развития этой наукоемкой и быстроразвивающейся области техники выдвинул ее на передовые рубежи высоких технологий.
Промышленное освоение полностью управляемых силовых полупроводниковых приборов, характеризующихся высокими значениями коммутируемой мощности, КПД, массогабаритных показателей и надежности, позволило осуществлять экономичное преобразование электроэнергии и открыло широкие возможности для создания современных преобразовательных устройств.
В промышленности устройства силовой электроники находят все большее применение в коммутационных аппаратах, устройствах плавного пуска и регулирования скорости электроприводов технологических установок, агрегатов бесперебойного питания.
Силовая электроника область техники, связанная с управлением потоками электроэнергии посредством мощных электронных приборов, которые, как правило, работают в ключевых режимах, пропуская или блокируя поток электроэнергии, что позволяет изменением алгоритмов их переключения управлять усредненными значениями мгновенной мощности по требуемым законам. Это интенсивно развивающаяся область науки и техники, охватывающая по существу все сферы деятельности человека, промышленность, добывающие отрасли, транспорт, связь.
Основными элементами силовой электроники служат полупроводниковые приборы, обладающие характеристикой ключевого элемента, которые коммутируют (включают и отключают) участки электрической цепи.
Современный силовой полупроводниковый ключ сложная схема, содержащая множество параллельных структур.
Действие ключевого элемента основано на том, что во включенном состоянии он обладает очень малым сопротивлением, а в выключенном весьма большим. Обозначение ключевого элемента показано на рис.
Основными параметрами ключевого элемента являются сопротивления во включенном и выключенном состояниях, остаточное напряжение и быстродействие, определяемое временем переключения. Вольтамперная характеристика «идеализированного» ключевого элемента показана на рис. 1. Элементы с такими вольтамперными характеристиками имеют два устойчивых состояния: включенное, соответствующее Rвкл= 0 (участок 1 вольтамперной характеристики); выключенное, соответствующее Rвыкл =
· (участок 2). При этом должно обеспечиваться мгновенное переключение из одного состояния в другое и наоборот по соответствующему логическому сигналу управления нулевой мощности.
Реальные ключевые элементы, у которых Rвкл не равно 0 и Rвыкл не равно
·, могут лишь приближаться по своим параметрам к «идеализированным». При этом разные параметры накладывают и различные ограничения на возможность эффективного использования ключей. Так, например, вольтамперная характеристика реального элемента, имеет падение напряжения при прямом токе
·US и обратный ток
·iS (см. рис. 1), определяет потери мощности в ключе в проводящем и непроводящем состояниях.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Рис.1. Обозначение ключевого элемента (а). Вольт-амперные характеристики ключевых элементов - идеализированного (б) и реального (в)
Потери мощности в ключе сказываются на КПД силового электронного устройства, поэтому их снижение является одной из основных задач разработчиков приборов. Динамические потери в ключевом элементе, возникающие в процессе его коммутации, накладывают ограничение на повышение рабочих частот силовых электронных устройств. В то же время повышение рабочих частот силовых электронных устройств является доминирующей тенденцией в силовой электронике за последние годы. Это дает возможность улучшить технико-экономические показатели преобразовательных устройств и повысить их быстродействие.
В настоящее время функции ключевых элементов выполняют полупроводниковые приборы различных типов. К элементам силовой электроники относят приборы, рассчитанные на предельные значения среднего или действующего значения тока более 10 А. Классификацию ключевых элементов проводят по степени их управляемости. При этом под признаком управляемости подразумевают возможность переводить прибор из проводящего состояния в непроводящее и обратно посредством воздействия на него маломощным управляющим сигналом.
По степени управляемости управляемые полупроводниковые приборы разделяются на следующие группы:
1. Не полностью управляемые приборы, которые можно посредством управляющего сигнала переводить только в проводящее состояние, но не наоборот (традиционные тиристоры, симмисторы).
2. Полностью управляемые (запираемые) приборы, которые можно переводить в проводящее состояние и обратно посредством управляющего сигнала (транзисторы, запираемые тиристоры).

Силовая электроника, начиная с 80-х годов переживает вторую революцию. Ее интенсивное развитие обусловлено освоением производства за последние 1 520 лет новых полностью управляемых приборов силовой электроники, из которых в настоящее время наибольшее распространение получили следующие типы:
1 . Полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET-Metall-Oxid-Semiconductor Field-Effekt-Transistor).
2. Биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT-Insulated Gate Bipolar Transistor).
3. Запираемые тиристоры (GTO-Gate-Turn-Off).
4. Запираемые тиристоры с интегрированным управлением (IGCT-Integrated Gate-Commutated Thyristor).
Низкий уровень потерь энергии и малая мощность управления современных приборов силовой электроники позволяет реализовать силовые интегральные схемы, в которых на одном кристалле технологическими приемами изготавливаются силовые ключевые элементы, устройства их управления, защиты и диагностики. Такие устройства получили название интеллектуальных (Smart Intelligent) схем.
Области применения приборов силовой электроники следующие.
Традиционные тиристоры (SCR) преобразователи с естественной (сетевой) коммутацией большой (свыше 1 МВ
·А) мощности, применяемые для электроприводов постоянного тока, высоковольтных регулируемых электроприводов переменного тока, мощных статических компенсаторов реактивной мощности, технологических целей (электролиз, гальваника, плавка). Запираемые тиристоры (GTO) преобразователи мощностью сотни киловольт-ампер (а в будущем свыше 3 МВ
·А) для привода вентиляторов, компрессоров, насосов (в том числе высоковольтных); мощных агрегатов бесперебойного питания (АБП); статических компенсаторов реактивной мощности. Биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) преобразователи мощностью до единиц мегаватт-ампер для электроприводов переменного тока, АБП, статических компенсаторов реактивной мощности и активных фильтров, ключевых источников питания.
Полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) высокочастотные преобразователи (сотни килогерц) и низковольтные преобразователи для приводов вентильных двигателей, компактных АБП, ключевых источников питания.
Симмисторы (Triac) преобразователи для пуска и управления двигателями переменного тока, ключи и реле.
Указанные полностью управляемые приборы силовой электроники в настоящее время вытесняют практически из всех областей применявшиеся ранее традиционные тиристоры (SCR-Silicon Controlled Rectifier) и биполярные силовые транзисторы (BPT-Bipolar Power Transistor), так как при тех же коммутируемых токах и напряжениях они имеют значительно меньшие мощности управления и время коммутации, стойкость к перегрузкам по току и напряжению, а также более широкую область безопасной работы. Высокие частоты коммутации (до 50 кГц), простота и малая мощность систем управления обеспечили значительное улучшение технико-экономических показателей (снижение габаритов и массы, повышение надежности и КПД) преобразовательного оборудования на базе IGBT по сравнению с оборудованием тиристоров (SCR).
Параметры приборов силовой электроники непрерывно улучшаются, например, за последние два десятилетия сменилось три поколения IGBT. Величина коммутируемого напряжения увеличилась с 1,21,7 кВ в конце 80-х годов до 3,0 3,5 кВ в настоящее время, намечается в будущем производство IGBT с коммутируемым напряжением 4,5 7,0 кВ. Прямое падение напряжения уменьшилось: 4 В у I поколения, 3,3 В у II, 2,1 В у III и 1,2 В у IV и в настоящее время.
По прогнозам в ближайшие годы IGBT полностью заменят традиционные биполярные транзисторы и GTO в преобразовательном оборудовании мощностью до единиц мегавольт-ампер. В области малых мощностей и низковольтных преобразователей будут доминировать MOSFET, а в области больших мощностей (выше 3 МВ
·А) GTO.
За последние годы рядом фирм (АВВ, «Mitsubishi») освоено производство нового класса приборов силовой электроники IGC тиристоров, управляемых по затвору. По сравнению с GTO у IGCT значительно снижены падение напряжения при прямом токе, мощность управления, статические и динамические потери; значительно увеличено быстродействие. На базе IGCT изготовлен и с 1996 г. проходит опытную эксплуатацию преобразователь мощностью 1 00 МВА (г. Бремен).
Число квалификационных испытаний и опыт эксплуатации преобразователей на базе IGCT показали, что для 3 МВ
·А трехфазного инвертора можно получить наработку на отказ не менее 45 лет и интенсивность потока отказов не более 2300 FIT (FIT соответствует одному отказу на миллиард*ч).
Ожидается, что приборы IGCT будут основными элементами для применения в области средних и больших напряжений мощностью от 0,5 до 100 МВ
·А. Это достигается последовательным соединением мощных приборов. Высокая надежность IGCT и возможность последовательного соединения достаточного числа приборов открывает широкие перспективы их применения в области очень высоких мощностей и в специальном силовом оборудовании.
С учетом дополнительных требований по низкой стоимости, малого числа элементов в преобразователе и высокой эффективности в сравнении с другими приборами силовой электроники IGCT не имеют реальных конкурентов в этом диапазоне мощностей.
В табл. 1 приведены сравнительные характеристики современных приборов силовой электроники, а в табл. 2 их параметры.

Таблица 1Сравнительные характеристики современных приборов силовой электроники с двухсторонним теплоотводом
Тип прибора
Преимущества
Недостатки
Относи- тельная стоимость

Традиционный тиристор (SCR)
Самые низкие потери во включенном состоянии. Самая высокая перегрузочная способность. Высокая надежность. Возможность параллельного и последовательного соединения
Не способен к принудительному запиранию по управляющему электроду. Низкая рабочая частота
1

Запираемый тиристор (GTO)
Способность к управляемому запиранию. Сравнительно высокая перегрузочная способность. Возможность последовательного соединения. Рабочие частоты до 250 Гц при напряжении до 4 кВ
Высокие потери во включенном состоянии. Очень большие потери в системе управления. Сложные системы управления. Большие потери при переключении
2

Запираемый тиристор с интегрированным  управлением (IGCT)
Способность к управляемому запиранию. Перегрузочная способность такая же, что у GTO. Низкие потери во включенном состоянии на переключение. Рабочие частоты до единиц кГц. Встроенный блок управления. Возможность последовательного соединения
Не выявлены из-за недостаточного опыта эксплуатации
3

Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT)
Способность к управляемому запиранию. Высокая рабочая  частота (десятки кГц). Простая неэнергоемкая система управления. Встроенный драйвер
Больше потери во включенном состоянии
4


Таблица 2Максимально достигнутые параметры приборов силовой электроники
Тип прибора
Фирма-изготовитель
Марка
Ток, A
Напряжение, В

Традиционный тиристор
«ABB Semiconductors»
5STP 34N5200
3500
4400

GTO
«ABB Semiconductors»
5SGT 30J6004
3000
6000

IGCT
«ABB Semiconductors»
5SHY 35L4502
4000
6000

IGBT
«Toshiba Semiconductor Group»
ST1200FXF21
1200
3300

Примечания: 1. Ток для традиционного тиристора номинальный средний ток, для остальных (полностью управляемых) приборов максимальный повторяющийся запираемый ток. 2. Напряжение для IGBT максимальное напряжение коллектор-эмиттер, для остальных приборов повторяющийся импульс напряжения в закрытом состоянии.
Приборы силовой электроники выпускают следующие зарубежные фирмы: АВВ, «International Rectifier» (США), «Semikron» (Германия), «Siemens» (Германия), «Mitsubishi» (Япония), «Toshiba» (Япония) и др.
Следует отметить, что более половины всех современных силовых полупроводниковых приборов выпускаются и будут выпускаться в модульном исполнении. В простейшем случае модуль представляет собой один или совокупность силовых ключевых элементов, а в более сложном преобразователь параметров электрической энергии. Одно-, двух-, четырех- и шестиключевые модули позволяют создавать компактные и надежные преобразовательные устройства. Выпускаются также функционально законченные модули, например, преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока. На рис. 2 приведены схемы модулей IGBT, выпускаемых фирмой «Mitsubishi».
Обычные модули выпускаются с обратными быстро восстанавливающимися диодами (FRD) или без них. По быстродействию IGBT уступают MOSFET, но значительно превосходят биполярные. Ток управления IGBT мал, поэтому цепь управления драйвер конструктивно компактна. В модулях IGBT драйверы непосредственно включены в их структуру.
Главные направления в области разработки перспективных типов IGBT в ближайшие годы состоят в расширении диапазона рабочих токов до 2000 А и рабочего напряжения до 3500 В, частоты переключения до 70 кГц при улучшении формы импульсов и упрощения схем управления.
Интеллектуальные силовые модули (IPM-Intelligent Power Modules), кроме силовой части схемы преобразователя (мостового одно- или трехфазного выпрямителя, мостового инвертора), могут содержать в одном корпусе также датчики, драйверы, устройства защит и диагностики, источники питания и др.
В настоящее время IPM в основном представляют собой преобразователи частоты электроприводов переменного тока (исключая контроллер переменного тока). В последующих поколениях IPM планируется контроллер включить в состав модуля. Максимально достигнутый уровень мощности IPM 200 А/1200 В (каждого ключа мостового трехфазного инвертора напряжения).
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Рис. 2. Схемы модулей IGBT: а одноключевого; б двухключевого (полумостового); б трехфазного мостового; в преобразователя частоты по схеме выпрямитель-инвертор

Конструктивно модули IGBT можно условно разбить на 2 типа: паянной с изолированным основанием (предельные параметры 2,4 кА и 3,3 кВ) и прижимной (таблеточной) конструкции (предельные параметры 1,2 кА и 3,3 кВ). Последние, помимо высокой надежности, термоциклоустойчивости, лучшего охлаждения, имеют еще по сравнению с модулями с изолированным основанием меньшую паразитную индуктивность выводов (единицы наногенри). При этом снижаются перенапряжения на выводах приборов и повышается надежность модулей.
Разработки подобных модулей паянной и прижимной конструкции, а также с повышенными требованиями к механическим и климатическим воздействиям ведутся в России. НПП «ИНЭЛС» завершило разработку серии силовых модулей MOSFET и IGBT с изолированным основанием на токи 400 А и напряжение 1200 В. Промышленное производство таких модулей освоено на ОАО «Электровыпрямитель» (г. Саранск) и ОАО «Контур» (г. Челябинск).
Серию силовых модулей IGBT на токи 1200 А и напряжения 1700, 2500 и 3300 В в пластмассовых корпусах осваивает ОАО «Электровыпрямитель».
Серии модулей IGBT в стандартных и оригинальных корпусах разрабатывают также ОАО «Искра» (г. Ульяновск) и ОАО «Протон» (г. Орел). Ведутся работы по созданию серии модулей IGBT по прижимной технологии в герметичных корпусах таблеточной конструкции диаметром 75 мм (1000 А/2500 В) и диаметром 85 мм (1200 А/3300 В).
На ряде предприятий электронной промышленности освоено промышленное производство силовых полевых транзисторов с изолированным затвором (MOSFET). Воронежский завод полупроводниковых приборов производит более десяти типов таких приборов. Характеристики модулей силовой электроники, выпускаемых отечественной промышленностью, приведены в табл. 3. Их условные обозначения следующие: М модуль беспотенциальный (основание модуля изолировано);
2 число ключей;
ТКП полевой МОП-транзистор;
ТКИ биполярный транзистор с изолированным затвором;
ДТКИ диод биполярный транзистор с изолированным затвором;
ТКИД биполярный транзистор с изолированным затвором диод;
25; 35; 50; 75; 80; 1 00; 1 50 максимально допустимый ток, А;
0,6; 1; 2; 5; 6; 10; 12 максимально допустимое напряжение ( х 1 00 В) класс прибора.
Климатическое исполнение приборов УХЛ, Т; категория размещения 2, 3.
Схемы модулей MOSFET и IGBT, указанных в табл. 3, приведены на рис. 3, а общий вид модуля на рис. 4.

Таблица 3.Характеристики модулей силовой электроники на базе MOSFET и IGBT
Двухключевые (полумостовые) модули на базе МОП-транзисторов
Двухключевые (полумостовые) модули на биполярных транзисторах с изолированным затвором
Диод-транзисторные и транзистор-диодные модули (чопперы)

Тип
Uds, в
Id, А
Тип
Uсе, в
 
Тип
Uce, В
Ic, А

М2ТКП-25-6
600
2x25
М2ТКИ-25-12
1200
2x25
МДТКИ-25-12
1200
2x25

М2ТКП-35-5
500
2x35
М2ТКИ-50-12
1200
2x50
МДТКИ-50-12
1200
2x50

М2ТКП-45-4
400
2x45
М2ТКИ-75-12
1200
2x75
МДТКИ-75-12
1200
2x75

М2ТКП-80-2
200
2x80
М2ТКИ-100-12
1200
2x100
МДТКИ-100-12
1200
2x100

М2ТКП-125-1
100
2x125
М2ТКИ-150-12
1200
2x150
МДТКИ-150-12
1200
2x150

М2ТКП-200-0,6
60
2x200
 
 
 
МТКИД-25-12 МТКИД-50-12 МТКИД-75-12 МТКИД-100-12 МТКИД-150-12
1200 1200 1200 1200 1200
2x25 2x50 2x75 2x100 2x150

Примечания: Uds максимальное напряжение сток исток; Id максимальный ток стока; Uce максимальное напряжение коллектор-эмиттер; Ic максимальный ток коллектора.

[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис. 3. Схемы силовых модулей: а двухключевого (полумостового) на базе MOSFET; б полумостового на базе IGBT; в диод-транзисторного; г транзистор-диодного; 1 3 силовые выводы; 47 выводы цепей управления

[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис. 4. Общий вид полумостового модуля с изолированным основанием на ток 150 А
Применение модулей позволяет значительно снизить массу, габариты и стоимость преобразовательных устройств. Их применение оказывает существенное влияние не только на технико-экономические показатели оборудования, но и изменяет технологию проектирования устройств силовой электроники, сводя ее к выбору элементов высокой заводской готовности на требуемые входные и выходные параметры.
За последние годы значительно возросли параметры (ток, напряжение, быстродействие) традиционных приборов силовой электроники: диодов, транзисторов и тиристоров. Кроме диодов одиночного исполнения выпускаются силовые модули, включающие в себя последовательно-параллельные сборки и схемы мостовых конфигураций. На рис. 5 показаны схемы диодных модулей, выпускаемых фирмой «Mitsubishi».

[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис. 5. Схемы силовых диодных модулей: а одиночного; б полумостового; в трехфазного мостового; г трехфазных полумостовых

Тема 3. Управляемые силовые полупроводниковые преобразователи
Управляемые выпрямители
Управляемые выпрямители позволяют преобразовать переменный ток в постоянный и плавно изменять выпрямленное напряжение от нуля до номинального значения.
В настоящее время в электроприводах постоянного тока и в системах возбуждения синхронных двигателей основной элементной базой при построении управляемых выпрямителей являются тиристоры.
Тиристоры не полностью управляемые полупроводниковые приборы, обладающие двумя устойчивыми состояниями равновесия: открытым (проводящим ток) и закрытым (не проводящим тока). Тиристор (рис. 6, а), имеющий три электрода (анодный вывод А, катодный К и управляющий электрод У), начинает проводить ток в том случае, если к анодному выводу (по отношению к катодному выводу) приложен положительный потенциал и одновременно к управляющему электроду подается положительный управляющий сигнал. При приложении к анодному выводу положительного потенциала сопротивление тиристора будет зависеть от управляющего тока. При отсутствии управляющего сигнала (1у = 0) сопротивление тиристора велико. При появлении управляющего тока (1у = 1ун) тиристор перейдет в открытое состояние и проводимость его будет высокой.
Тиристор отличается от транзистора тем, что ток управления только открывает, но не закрывает его. Закрывается тиристор при приложении к анодному выводу отрицательного напряжения.
Для управления тиристором используют систему импульсно-фазного управления (СИФУ), которая формирует управляющий импульс нужной формы и мощности, а также осуществляет сдвиг по фазе импульса относительно напряжения сети.

[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Рис. 6. Однополупериодная управляемая схема выпрямления (а). Графики напряжения на нагрузке (б), управляющих импульсов (в), тока нагрузки (г), напряжения анод-катод UAK (д)
Рассмотрим работу тиристора, подключенного к однофазной сети на активную нагрузку (см. рис. 6,а). Предположим, что управляющий импульс в интервале
·t0
·t1 отсутствует (Iу = 0). В этом случае тиристор обладает большим сопротивлением в прямом направлении и ток через нагрузку Rн практически не проходит (рис. 6,г).
После подачи управляющего импульса при номинальном токе управления (Iу = Iун) тиристор открывается (рис. 6), т.е. его сопротивление в прямом направлении снижается. Под действием напряжения сети Uс через нагрузку Rн проходит ток iн (рис. 6, г), который зависит от напряжения сети и сопротивления резистора (интервал
·t1
·t2). При отрицательном напряжении на анодном выводе (интервал
·t2
·t3) тиристор обладает высоким сопротивлением и ток через него не проходит. В этом случае к тиристору прикладывается обратное напряжение (рис. 6,д). На рис. 6 приняты обозначения; Uн, напряжение на нагрузке; UAK напряжение анод-катод тиристора; UУК управляющее напряжение между управляющим электродом и катодом.
Для изменения среднего значения выпрямленного напряжения Ud необходимо сдвинуть по фазе управляющий импульс. Так, для уменьшения выпрямленного напряжения необходимо управляющий импульс подавать с отставанием на угол
·к =
·tк,, по отношению к точке естественной коммутации тиристора (см. рис. 6,в). Сдвиг по фазе между точкой естественной коммутации тиристора и моментом подачи управляющего импульса называется углом регулирования
·.
В электроприводах находят применение также сдвоенные тиристоры, называемые симмисторами, которые обладают свойствами встречно-параллельно соединенных тиристоров, но имеют лишь один управляющий электрод.
В трехфазной мостовой схеме, в которой вместо диодов включены тиристоры (рис. 7, а), управляющие импульсы Uу, поступающие от СИФУ, должны быть соответствующим образом сфазированы с напряжением трансформатора (сети), т.е. подаваться в нужные моменты времени. Сдвиг импульсов относительной базовой точки происходит в сторону отставания. За базовые необходимо брать точки а, б, в, г, д, е (рис. 7,б) естественного отпирания диодов. Если управляющие импульсы подавать на тиристоры в базовых точках, то получим наибольшее выпрямленное напряжение Ud0. При подаче управляющих импульсов с отставанием по отношению к точке естественного отпирания на угол
· (см. рис. 7,б) тиристоры открываются позже, а среднее выпрямленное напряжение Udср будет меньше, чем наибольшее выпрямленное Ud0. Среднее выпрямленное напряжение ТП определяется по формуле

Udср = U0
·cos
·,
где
· угол регулирования ТП.

Поскольку трехфазная мостовая схема имеет две группы тиристоров, а ток в любой момент протекает минимум через два тиристора, СИФУ вырабатывает сдвоенные импульсы (см. рис. 7, б), сдвинутые относительно друг друга на 60 электрических градусов. В э том случае имеет место одновременная подача импульсов в тиристоры двух различных групп (V1 и V6, V1 и V2, V3 и V2 и т.д.). Наличие двух групп тиристоров обеспечивает шестифазное выпрямление (кривая Ud рис. 7, б).
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис. 7. Трехфазная мостовая схема управляемого выпрямителя (а). Графики напряжений (б)
Инверторы
Инвертированием называют процесс преобразования электрической энергии постоянного тока в переменный. Преобразователь, выполненный на базе полупроводниковых приборов и осуществляющий такое преобразование, называется инвертором.
Автономным (независимым) инвертором является преобразователь, выходные параметры которого (форма, амплитуда, частота выходного напряжения) определяются схемой преобразователя, системой управления и режимом его работы в отличие от инвертора, ведомого сетью, выходные параметры которого определяются параметрами сети.
Схема автономного инвертора изображена на рис. 8,а. Если переключать попарно через полупериод Т/2 ключи К1 К3 и К2 К4, то напряжение Uab на нагрузке будет прямоугольной формы с амплитудой U и частотой f = 1/Т (рис. 8,б).При активной нагрузке форма кривой тока будет повторять кривую напряжения. В схеме на рис. 8,а очень просто увеличить число фаз, для чего нужно добавить пару ключей и подключить нагрузку к точкам между ними (штриховые линии на рис. 8,а). В трехфазном варианте схема очень похожа на мостовой выпрямитель; разница состоит лишь в том, что источник питания и нагрузка поменялись местами.
Форму выходного напряжения и, следовательно, его гармонический состав можно менять, изменяя продолжительность включенного состояния tt и момент включения t пары ключей (штриховая линия на рис. 8,б).
Процессы усложняются при активно-индуктивной нагрузке. При этом схема рис. 8,а окажется неработоспособной, поскольку при разрыве такой цепи напряжения на ключах достигают бесконечно большой величины.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис. 8. Схема автономного инвертора (а). Графики (б) напряжения Uab и тока Iн на выходе инвертора
Для обеспечения нормальной работы ключи шунтируют диодами, а источник питания, если его внутреннее сопротивление велико конденсатором (рис. 9,а). При прямоугольной форме напряжения кривые тока будут состоять из участков экспонент (рис. 9,б). Напряжение и ток имеют различную форму и гармонический состав, первые гармоники тока и напряжения сдвинуты относительно одна другой на некоторый угол.
Преобразование постоянного напряжения в переменное может осуществляться с использованием всех типов силовых полупроводниковых ключей. За последние годы в области средних и больших мощностей до 1 000 кВт начинают широко применяться инверторы на IGBT. Несмотря на более высокую стоимость по сравнению с традиционными тиристорами, они представляют разработчикам более широкие возможности формирования напряжения и тока.
По характеру процессов, протекающих в автономных инверторах, их разделяют на инверторы напряжения (АИН) и инверторы тока (АИТ).
Схема (см. рис. 9, а) представляет собой инвертор напряжения именно оно формируется принудительно, а ток существенно зависит от нагрузки. В схеме АИН источник постоянного напряжения подключен непосредственно к ключевым элементам, которые периодически с изменением полярности подключают это напряжение к нагрузке. В результате нагрузка питается переменным напряжением. Нагрузка в э том случае должна носить индуктивный или активно-индуктивный характер.
Для устранения перенапряжений на элементах схемы при коммутации ключей часть энергии, накопленной в индуктивной нагрузке, возвращают в цепь источника постоянного напряжения.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Рис. 9. Схема автономного инвертора напряжения (а). Графики ( б) напряжения Uab и тока iн на выходе инвертора
С этой целью ключевые элементы шунтируют диодами, включенными «обратно» по отношению к полярности питающего источника. Такие диоды называют «обратными» диодами. Последние обеспечивают путь для протекания тока на интервалах времени, на которых знаки тока и напряжения противоположны.
В АИН с трехфазным выходом минимальное число управляемых ключей шесть (рис. 10,а). Номера ключей соответствуют очередности вступления их в работу, представленной на диаграмме (рис. 3,б). Логика работы ключей: в каждой фазе обязательно должен быть замкнут один и только один из ключей в каждой паре (S1 или S4; S3 или S6; S5 или S2). В том случае, когда длительность открытого состояния каждого ключа равна п (и, следовательно, в открытом состоянии всегда находятся три ключа), кривые фазных Ua0, Ub0, Uc0, и линейного напряжения Uab, имеют вид, показанный на рис. 10,в,г.
В выходном напряжении трехфазного мостового инвертора отсутствуют гармоники, кратные трем. Относительное значение 5-й гармоники равно 20 % основной, 7-й 14,3 %, 11-й 9 %, 13-й 7,7 % и т.д. Достоинствами АИН являются жесткая внешняя характеристика, независимость формы выходного напряжения от параметров нагрузки, возможность работы при переменной частоте и, в частности, при низких и сверхнизких частотах (единицы и доли герца).
Внешне АИТ похожи на АИН, имеют аналогичную структуру (рис. 11,а) однако процессы в них существенно различаются. Основное различие в способе питания: на входе АИТ включен реактор Ld, индуктивность которого достаточна для поддержания тока нагрузки практически неизменным в течение полупериода выходной частоты АИТ. Таким образом, в АИТ задается мгновенное значение тока, он получает питание от источника тока. Напряжение зависимая переменная (рис. 11,б).

[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]

Рис. 10. Схема автономного трехфазного мостового инвертора напряжения (а). Диаграмма интервалов времени открытого состояния ключей ( б). Графики фазных (в) и линейного (г) напряжений на выходе инвертора
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис. 11. Схема автономного инвертора тока (а). Графики (б) напряжения Uab и тока iн на выходе инвертора
Индуктивность сглаживающего реактора Ld оказывает существенное влияние на динамические характеристики АИТ. В частности, чем меньше Ld, тем меньше всплески и провалы напряжения на выходе АИТ при скачкообразном изменении нагрузки на его выходе.
В АИТ ключевые элементы изменяют направление тока в нагрузке (но не мгновенное значение), так что нагрузка питается как бы от источника тока, что и нашло свое отражение в соответствующей терминологии инвертор тока. Нагрузка АИТ, как правило, носит емкостной характер (на рис. 11,а конденсатор Ск), так как при индуктивной нагрузке из-за скачкообразного изменения тока возникли бы перенапряжения, нарушающие нормальную работу схемы.
К числу достоинств АИТ относится сравнительно хорошая форма кривой выходного напряжения при наличии на выходе параллельного конденсатора. Основными недостатками АИТ являются падающая внешняя характеристика и зависимость величины и формы кривой выходного напряжения от частоты, в связи с чем обычно АИТ используется в диапазоне частот от 50 до 1000 Гц.







ЗАДАНИЯ НА ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

Тема 2. Неуправляемые силовые полупроводниковые выпрямители
Лабораторная работа 1.
Тема: Неуправляемый двенадцатипульсовый выпрямитель

Цель работы. Ознакомиться со схемами неуправляемого двенадцатипульсового выпрямителя. Экспериментально проверить основные соотношения, характеризующие работу последовательной схемы двенадцатипульсового выпрямителя.
Порядок выполнения лабораторной работы
Ознакомиться с параметрами диодов, используемых в схеме выпрямления, методикой сборки схемы, проведения замеров и наблюдений.
Собрать схему испытаний, согласно рис. 1. Используя значения U2, заданные преподавателем для каждого варианта, и основные соотношения в выпрямителях вычислить: среднее значение выходного напряжения Ud; эффективное значение переменной составляющей напряжения на нагрузке Udас; максимальное обратное напряжение на диоде Ub и значения U2/Ud, Udас/Ud, Ub/Ud. Вычислить значения выпрямленных напряжений на первом (Ud1) и втором (Ud2) мостах. Вычисленные данные занести в таблицу. Включить схему на активную нагрузку (200 Ом). Измерить токи, протекающие через один из диодов Iа и через нагрузку Id. Измерить значения выпрямленных напряжений на первом (Ud1) и втором (Ud2) мостах; постоянную Ud и переменную составляющие Udас напряжения на нагрузке.


Рис. 1. Схема для снятия параметров двенадцатипульсового выпрямителя

Зафиксировать форму обратного напряжения на одном из диодов и выпрямленного напряжения на нагрузке. Измерить максимальное обратное напряжение Ub на одном из диодов. Определить число пульсаций напряжения на выпрямленном напряжении каждого моста за период приложенного напряжения (20 мс). Данные занести в таблицу. Имитировать обрыв в одной из фаз (разомкнуть ключ [1]) и повторить измерения.
Составить отчет, включающий цель работы, схему испытаний, осциллограммы, таблицу полученных расчетных и измеренных значений и выводы.

Тема 3. Управляемые силовые полупроводниковые преобразователи
Лабораторная работа 2.
Тема: Регулирование выпрямленного напряжения с помощью управляемого выпрямителя

Цель работы. Ознакомиться с возможностью регулирования среднего значения напряжения подводимого к нагрузке и с особенностями работы управляемого выпрямителя.
Порядок выполнения лабораторной работы
Собрать схему испытаний, согласно рис. 2. При напряжении источника 50 В, 50 Гц произвести выбор тиристора VS1 и диода VD1 с обратным напряжением Ub>150 В; динистора VS2 (диода Шокли или стабилитрона) с напряжением переключения 10 В; конденсатора с емкостью 100 мкФ и напряжением >10 В. При отсутствии в библиотеке полупроводников с вышеуказанными параметрами - установить их в режиме «ideal».


Рис. 2. Схема управляемого однополупериодного выпрямителя

Включить схему на активную нагрузку 100 Ом и регулируемое сопротивление 20 кОм/100%. При значениях регулируемого сопротивления 100-75-50-25-10-5% с помощью мультиметра провести измерение: среднего значения выпрямленного напряжения Ud и эффективного значения переменной составляющей выпрямленного напряжения на активной нагрузке Udас, а по осциллограмме определить углы регулирования. Измерение угла регулирования
· производить по осциллограмме канала В. При этом курсорами измерить время включенного состояния тиристора (Т2-Т1) в миллисекундах, а затем провести вычисление угла регулирования в градусах по формуле
· = 180 - [360
·(Т2-Т1)/20]. Данные занести в таблицу.
Увеличить напряжение источника питания в два раза, т.е. установить напряжение 100 В, 50 Гц. Включить схему на активную нагрузку 100 Ом и регулируемое сопротивление 20 кОм/100%. Провести измерения и данные занести в таблицу. По полученным данным, произвести вычисления отношения Udас/Ud и занести их в таблицу. Составить отчет, включающий цель работы, схему испытаний, осциллограмму, таблицу с результатами расчетов и измерений, выводы.




ЗАДАНИЯ НА ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

Тема 1. Другие полупроводниковые приборы, применяющиеся в
устройствах электроснабжения
Тема 2. Неуправляемые силовые полупроводниковые выпрямители
Тема 3. Управляемые силовые полупроводниковые преобразователи
Практическое занятие №1 - 4
Тема: Расчет (с учетом реактивного сопротивления трансформатора) выпрямителя на неуправляемых вентилях, работающих на противо-ЭДС при бесконечной индуктивности сглаживающего реактора
Цель практических занятий:
-научиться расчету выпрямителя на неуправляемых вентилях, работающих на противо-ЭДС при бесконечной индуктивности сглаживающего реактора.

В связи с большим объемом заданий на занятие отводится 8 часов
Неуправляемый трехфазный мостовой выпрямитель питается от трехфазной электрической системы с заданным действующим значением номинального междуфазного напряжения Uс и заданными пределами колебания этого напряжения в % от Uс. Заданы средние значения выпрямленного напряжения Udн и тока Idн в номинальном режиме. Значения коммутационных (повторяющихся) перенапряжений заданы величиной отношения их к максимальному обратному напряжению выпрямителя. Значения амплитуды неповторяющихся перенапряжений заданы отношением их к среднему значению выпрямленного напряжения в номинальном режиме. Напряжение короткого замыкания трансформатора uк задано в %.
Требуется:
1. Рассчитать проектные параметры трансформатора и выбрать его мощность из стандартной шкалы мощностей трансформаторов, выпускаемых промышленностью.
2. Определить величину угла коммутации
· при номинальной нагрузке.
3. Построить временные диаграммы фазных напряжений сетевой и вентильных обмоток трансформатора, токов в этих обмотках, выпрямленного тока и напряжения, а также напряжения на вентилях в течение одного периода переменного напряжения промышленной частоты.
4. Подобрать комплект вентилей с воздушным охлаждением, обеспечивающий номинальный режим и устойчивость к перенапряжениям заданной величины и ударному току короткого замыкания выпрямителя. Определить количество вентилей необходимых для нормальной работы выпрямителя. Нарисовать схему соединения вентилей одной фазы выпрямителя.
Вариант исходных данных выбирается в зависимости от учебного шифра по табл. 1 и 2.












ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ И ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА
Целью курсового проекта является развитие навыков теоретического исследования и практического расчета преобразовательных схем.
В курсовом проекте рассмотрена методика расчета выпрямительно-инверторного преобразователя с отдельными выпрямительными и инверторными комплектами, которые комплектуются из тиристоров, силовых выпрямительных и лавинных диодов. Теоретический материал, который должен быть изучен перед выполнением курсового проекта, изложен в учебной литературе, рекомендуемой программой курса.
Курсовой проект состоит из расчетной и графической частей. Расчетная часть оформляется на одной стороне листа формата А4. Материал располагается в такой последовательности: титульный лист, задание (исходные данные), оглавление, введение, основная часть расчетов с необходимыми рисунками, список использованных источников. Графическая часть содержит следующие рисунки: схему рассчитываемого преобразователя, схему одного плеча выпрямителя с устройствами выравнивания тока и напряжения между вентилями, временные диаграммы токов и напряжений в выпрямителе и инверторе, графики внешней характеристики выпрямителя и входных характеристик инвертора, графики зависимости коэффициентов мощности выпрямителя и инвертора от тока. Все разделы пояснительной записки должны иметь название и нумероваться арабскими цифрами (1, 2, 3 и т.д.). Подразделы также должны иметь название и нумероваться в пределах каждого раздела двумя цифрами (1.1, 1.2, , 4.1 и т.д.). Рисунки и таблицы должны иметь нумерацию и располагаться сразу после ссылки на них в тексте пояснительной записки и иметь название, например: рис. 1. Схема преобразователя. Проекты, выполненные не по своему варианту, а также диаграммы и зависимости, выполненные без масштаба и наименований, не проверяются и не зачитываются.
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
В соответствии с исходными данными (табл. 1) для составленной схемы выпрямительно-инверторного преобразователя, на которой должна быть приведена структурная схема системы управления тиристорами, необходимо:
1. Рассчитать проектные параметры преобразовательного трансформатора и выбрать стандартный трансформатор.
2. Определить количество параллельно включенных вентилей в вентильном плече выпрямителя и инвертора. Выбрать устройства выравнивания тока между параллельно включенными вентилями.
3. Определить количество последовательно включенных вентилей в вентильном плече выпрямителя и инвертора. Рассчитать шунтирующие цепочки для выравнивания обратного напряжения между последовательно включенными вентилями.
4. Рассчитать и построить внешнюю характеристику выпрямителя, естественную внешнюю и ограничительную характеристики инвертора.
5. Построить искусственную горизонтальную внешнюю характеристику инвертора на уровне напряжения холостого хода выпрямителя.
6. Определить предельно допустимый ток инвертора при работе по естественной и искусственной внешним характеристикам.
7. Рассчитать и построить временные диаграммы напряжений и токов выпрямителя и инвертора для заданного угла регулирования
·, угла опережения
· и угла коммутации вентильных токов
·.
8. Рассчитать зависимость коэффициента мощности
· от тока преобразователя в выпрямительном и инверторном режимах.
Таблица 1

Наименование исходных данных
Последняя цифра шифра



0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

1
Схема преобразователя
6-ти пульсовая мостовая

2
Схема выпрямителя
С неуправляемыми вентилями
С управляемыми вентилями

3
Угол регулирования тиристоров выпрямителя
·
0
0
0
0
5
10
15
10
15
5



Предпоследняя цифра шифра



0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

4
Номинальное напряжение выпрямителя UdH (
·=0), В
3300
825
825
3300
3300
825
825
3300
3300
3300

5
Номинальный ток выпрямителя IdН, А
2000
2000
3000
3000
2500
2200
2000
2200
2400
2600

6
Тип вентиля:
а) для неуправляемого
выпрямителя
ДЛ
123-
320
Д
133- 500
ДЛ
133-
500
Д
143-
630
Д
143-
800
Д
143-
1000
Д253-1600
ДЛ161-200
Д253-2000
ДЛ171-320


б) для управляемого выпрямителя и инвертора
Т 133- 320
ТЛ171- 320
Т 253- 1250
Т 253- 1000
Т 143-
500
Т 143- 400
ТЛ171- 250
Т171- 200
ТЛ4-
250
Т 253-800

7
Скорость потока охлаждающего воздуха, V, м/с
0
6
12
0
6
12
0
6
12
0

8
Номинальное напряжение питающей сети, U1Л, кВ
10
6
35
10
6
35
10
6
35
10

9
Колебания напряжения в питающей сети,
·UС, %
3
3,5
4
5
5,5
3
3,5
4
4,5
5

10
Коэффициент повторяющихся перенапряжений, КП
1,65
1,75
1,8
1,9
1,5
1,65
1,75
1,8
1,9
1,5

11
Коэффициент неповторяющихся перенапряжений, КНП
2,2
2,3
2,4
2,45
2,25
1,65
1,75
1,8
1,9
1,5

12
Напряжение к.з. трансформатора, uКТ, %
6,1
7,1
7,2
8,0
6,5
7,5
8,1
7,2
6,6
7,0

13
Мощность к.з. Sкз, MBA
150
160
175
180
200
220
250
165
185
230

14
Коэффициент повышения напряжения в режиме инвертирования КИ=U2И/U2В
1,15
1,15
1,2
1,2
1,25
1,25
1,3
1,3
1,25
1,2

15
Угол опережения инвертора

· = arcos 1/КИ

Методические указания студентам

Зачеты, установленные утвержденным учебным планом, служат формой проверки усвоения студентом знаний по изучаемым дисциплинам (теоретические зачеты), контроля выполнения лабораторных и расчетно-графических работ, курсовых проектов (работ), а также учебной, производственной и преддипломной практик. Теоретические зачеты оцениваются отметкой "зачет", "незачет". По некоторым дисциплинам, а также курсовым проектам (работам), и всем видам практик предусмотрены зачеты с оценками "отлично", "хорошо", "удовлетворительно", "неудовлетворительно" (так называемые дифференцированные зачеты). Теоретический зачет проводится по окончании чтения семестрового курса лекций до начала экзаменационной сессии путем опроса или в иной форме, устанавливаемой кафедрой; принимается преподавателем, читающим лекционный курс, и при положительных результатах оценивается отметкой "зачет", проставляемой в зачетную книжку студента и зачетную ведомость, а при отрицательных результатах - отметкой "незачет", проставляемой только в зачетную ведомость. Преподавателю предоставляется право поставить зачет без опроса тем студентам, которые в процессе занятий и по результатам промежуточного контроля и текущей аттестации показали успешное овладение учебным материалом. Неявка студента на зачет проставляется преподавателем в зачетной ведомости отметкой "неявка". Студент имеет право до окончания экзаменационной сессии на пересдачу каждого зачета (курсового проекта, работы и т.д.) не более двух раз. Дата, время и аудитория проведения теоретического зачета и проведения двух его пересдач назначаются преподавателем и согласовываются с учебным отделом института (деканатом). Студенты, не выполнившие без уважительных причин до начала экзаменационной сессии всех установленных учебным планом лабораторных, расчетно-графических работ, домашних заданий, курсовых проектов (работ) не допускаются к экзамену по данной дисциплине. К экзаменам по другим дисциплинам они могут быть допущены по разрешению директора (заместителя директора по учебной работе) института. При наличии уважительных причин (болезнь, семейные обстоятельства и др.) невыполнения в полном объеме учебного плана семестра студенту по его заявлению на имя директора института (декана факультета) может быть предоставлена возможность сдачи зачетно - экзаменационной сессии по индивидуальному графику.

Методические указания преподавателям

Экзамены, установленные утвержденным учебным планом по дисциплине или ее части, преследуют цель оценить полученные студентом теоретические знания, их уровень, развитие творческого мышления, степень приобретения навыков самостоятельной работы, умение синтезировать полученные знания и применять их к решению практических задач. Экзамены сдаются по расписанию в периоды экзаменационных сессий, предусмотренных учебными планами. Расписание экзаменов для всех форм обучения составляется учебным управлением, подписывается директором филиала и доводится до сведения преподавателей и студентов не позднее, чем за 15 дней до начала экзаменов. Директор филиала может разрешить хорошо успевающим студентам досрочную сдачу экзаменов при согласии преподавателя (лектора). Пересдача экзамена в период экзаменационной сессии с неудовлетворительной оценки или сдача экзамена при неявке допускается с разрешения директора. Повторная сдача экзамена или дифференцированного зачета (защиты курсовой работы, проекта) с целью повышения положительной оценки разрешается в исключительных случаях директором филиала. Экзамены проводятся на основе утвержденных на филиале билетов в устной или письменной формах. Экзаменатору предоставляется право задавать вопросы сверх вопросов билета, а также помимо теоретических вопросов, давать задачи и примеры по программе данного курса. Экзамены принимаются преподавателями, читающими курс лекций в данном потоке. Когда отдельные разделы лекционного курса, по которым установлен один экзамен, читаются несколькими преподавателями, - экзамен может проводиться с их участием, но с простановкой одной оценки. Во время экзамена студенты могут пользоваться учебными программами, а также с разрешения экзаменатора справочной литературой и другими подсобными материалами. При использовании студентами других, неразрешенных материалов и технических средств, преподаватель вправе прекратить экзаменационное испытание. Успеваемость студентов оценивается следующими отметками: "отлично", "хорошо", "удовлетворительно", "неудовлетворительно". Положительные оценки проставляются в экзаменационную ведомость и зачетную книжку студента, неудовлетворительная оценка проставляется только в экзаменационную ведомость. Экзаменатору предоставляется право оценить успеваемость и поставить, по согласованию со студентами, оценку без опроса тем студентам, которые в процессе обучения показали успешное овладение учебным материалом по результатам текущей аттестации или промежуточного контроля, позволяющим оценить знания студента по сдаваемому предмету. При несогласии студента с выставляемой оценкой экзамена (дифференцированного зачёта) ему предоставляется право его сдачи в установленном порядке. Неявка студента на экзамен проставляется экзаменатором в экзаменационную ведомость отметкой "неявка".

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ

Высшие гармоники в кривых выпрямленного напряжения, их влияние на работу тяговых двигателей.
Особенности работы одно и двухоперационных тиристоров в схеме управляемого преобразователя
Принцип работы зависимого инвертора (двухпульсовая схема).
Принцип импульсного регулирования напряжения постоянного тока.
Стабилитроны.
Фотодиоды.
Светодиоды.
Коэффициент мощности и полезного действия выпрямителей.
Работа шестипульсовой мостовой схемы выпрямления на активную нагрузку при идеальном трансформаторе (упрощенная схема и временные диаграммы токов и напряжений).
Симисторы.
Двухоперационные тиристоры.
Фототиристоры.
Состав интегрального интеллектуального модуля.
Влияние коммутации на управление инвертором.
Входная характеристика зависимого инвертора.
Способы регулирования выпрямленного напряжения.
Особенности параметров цепи управления двухоперационных тиристоров.
Характеристики цепи управления однооперационных тиристоров.
Биполярные транзисторы с изолированным затвором.
Запираемые тиристоры с интегрированным управлением.
Принцип работы зависимых инверторов.
Непосредственные преобразователи частоты.
Принципы работы автономных инверторов напряжения.
Принципы работы автономных инверторов тока.
Принципы работы симисторов.
Принципы работы двухоперационных тиристоров.
Перспективные полупроводниковые приборы, работающие в ключевом режиме.
Интегральные блоки и интеллектуальные модули.
Влияние сглаживающих фильтров на работу однофазных выпрямителей.
Работа транзисторов в ключевом режиме.
Назначение и классификация выпрямителей.
Назначение и классификация инверторов.
Работа двухпульсовой схемы выпрямления с нулевым выводом на активную нагрузку с идеальным трансформатором (упрощенная схема и временные диаграммы токов и напряжений).
Трехфазный инвертор ведомый сетью.
Внешняя характеристика инверторов.
Регулировочная и ограничительная характеристики инверторов.
Работа двухпульсовой схемы выпрямления с нулевым выводом на нагрузку, содержащую бесконечно большую индуктивность, с учетом реальных параметров трансформатора (упрощенная схема и временные диаграммы токов и напряжений).
Лавинные полупроводниковые вентили, принцип действия и характеристики.
Основные параметры и условное обозначение силовых полупроводниковых диодов.
Типовая мощность трансформаторов различных схем однофазных выпрямителей и коэффициент использования трансформаторов в этих схемах.
Вольтамперная характеристика электронно-дырочного перехода, влияние температуры на ее ход.
Принципы построения двенадцатипульсовых схем выпрямления (упрощенная схема и временные диаграммы токов и напряжений).
Работа двухпульсовой мостовой схемы выпрямления на активную нагрузку при идеальном трансформаторе (упрощенная схема и временные диаграммы токов и напряжений).
Конструкция, основные параметры и условное обозначение тиристоров.
Работа шестипульсовой мостовой схемы выпрямления на нагрузку, содержащую бесконечно большую индуктивность, с учетом реальных параметров трансформатора (упрощенная схема и временные диаграммы токов и напряжений).
Структура и физические особенности полупроводниковых материалов, влияние примесей.
Автономные инверторы напряжения и тока (упрощенная схема).
Работа управляемого двухпульсового выпрямителя с нулевым выводом на нагрузку, содержащую бесконечно большую индуктивность, с учетом реальных параметров трансформатора (упрощенная схема и временные диаграммы токов и напряжений).
Внешняя характеристика управляемых выпрямителей.
Построение и работа шестифазной схемы выпрямления с нулевым выводом, ее недостатки.
Особенности работы шестипульсовой схемы выпрямления с уравнительным реактором (упрощенная схема и временные диаграммы токов и напряжений).
Коммутация в выпрямителях, ее влияние на их энергетические характеристики на примере двухпульсовой схемы с нулевым выводом выпрямления (упрощенная схема и временные диаграммы токов и напряжений).
Работа трехпульсовой схемы с нулевым выводом на нагрузку, содержащую бесконечно большую индуктивность, при реальном трансформаторе (упрощенная схема и временные диаграммы токов и напряжений).
Выбор силовых вентилей для преобразователей.
Внешняя характеристика неуправляемых выпрямителей, принцип ее построения.
Работа трехпульсовой схемы с нулевым выводом на активную нагрузку при идеальном трансформаторе (упрощенная схема и временные диаграммы токов и напряжений).
Работа полностью управляемого выпрямителя по мостовой схеме (упрощенная схема и временные диаграммы токов и напряжений).
Работа шестипульсовой мостовой схемы выпрямления на нагрузку, содержащую бесконечно большую индуктивность, с учетом реальных параметров трансформатора (упрощенная схема и временные диаграммы токов и напряжений).
Последовательное соединение полупроводниковых вентилей.
Параллельное соединение полупроводниковых вентилей.


















Экзаменационные билеты
Нижегородский филиал
МИИТ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 1
По дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении (дополнительные разделы)»
для специальности 23.05.05(190901.65)
«Системы обеспечения движения поездов» студентам 5 курса

Утверждено
директором филиала


1. Задача. Для двух последовательно включенных нелавинных вентилей с различающимися ВАХ графически определить распределение обратного напряжения между вентилями.
2. Высшие гармоники в кривых выпрямленного напряжения, их влияние на работу тяговых двигателей.
3. Назначение и классификация выпрямителей.






Нижегородский филиал
МИИТ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 2
По дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении (дополнительные разделы)»
для специальности 23.05.05(190901.65)
«Системы обеспечения движения поездов» студентам 5 курса

Утверждено
директором филиала


1. Задача. Для двух параллельно включенных диодов, с различающимися ВАХ, графически найти распределение прямых токов между диодами.
2. Особенности работы одно и двухоперационных тиристоров в схеме управляемого преобразователя
3. Назначение и классификация инверторов.













Нижегородский филиал
МИИТ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 3
По дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении (дополнительные разделы)»
для специальности 23.05.05(190901.65)
«Системы обеспечения движения поездов» студентам 5 курса

Утверждено
директором филиала


1. Задача. Определить типовую мощность однофазного трансформатора выпрямителя собранного по двухпульсовой схеме с нулевым выводом, если напряжение и ток в первичной обмотке трансформатора соответственно равны 10 кВ и 100 А, коэффициент трансформации (понижающий) равен 2, а нагрузка выпрямителя чисто активная.
2. Принцип работы зависимого инвертора (двухпульсовая схема).
3. Работа двухпульсовой схемы выпрямления с нулевым выводом на активную нагрузку с идеальным трансформатором (упрощенная схема и временные диаграммы токов и напряжений).






Нижегородский филиал
МИИТ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 4
По дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении (дополнительные разделы)»
для специальности 23.05.05(190901.65)
«Системы обеспечения движения поездов» студентам 5 курса

Утверждено
директором филиала


1. Задача. Определить типовую мощность однофазного трансформатора выпрямителя собранного по мостовой схеме, если напряжение и ток в первичной обмотке трансформатора соответственно равны 10 кВ и 100 А, коэффициент трансформации (понижающий) равен 2, а нагрузка выпрямителя чисто активная.
2. Принцип импульсного регулирования напряжения постоянного тока.
3. Трехфазный инвертор ведомый сетью.









Нижегородский филиал
МИИТ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 5
По дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении (дополнительные разделы)»
для специальности 23.05.05(190901.65)
«Системы обеспечения движения поездов» студентам 5 курса

Утверждено
директором филиала


1. Задача. Определить типовую мощность однофазного трансформатора выпрямителя собранного по однополупериодной схеме, если напряжение и ток в первичной обмотке трансформатора соответственно равны 10 кВ и 100 А, коэффициент трансформации (понижающий) равен 2, а нагрузка выпрямителя чисто активная.
2. Стабилитроны.
3. Внешняя характеристика инверторов.






Нижегородский филиал
МИИТ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 6
По дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении (дополнительные разделы)»
для специальности 23.05.05(190901.65)
«Системы обеспечения движения поездов» студентам 5 курса

Утверждено
директором филиала


1. Задача. Определить типовую мощность трехфазного трансформатора выпрямителя собранного по схеме с нулевым выводом, если напряжение и ток в первичной обмотке трансформатора соответственно равны 10 кВ и 100 А, коэффициент трансформации (понижающий) равен 2, а нагрузка выпрямителя чисто активная.
2. Фотодиоды.
3. Регулировочная и ограничительная характеристики инверторов.











Нижегородский филиал
МИИТ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 7
По дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении (дополнительные разделы)»
для специальности 23.05.05(190901.65)
«Системы обеспечения движения поездов» студентам 5 курса

Утверждено
директором филиала


1. Задача. Определить типовую мощность трехфазного трансформатора выпрямителя собранного по мостовой схеме, если напряжение и ток в первичной обмотке трансформатора соответственно равны 10 кВ и 100 А, коэффициент трансформации (понижающий) равен 2, а нагрузка выпрямителя чисто активная.
2. Светодиоды.
3. Работа двухпульсовой схемы выпрямления с нулевым выводом на нагрузку, содержащую бесконечно большую индуктивность, с учетом реальных параметров трансформатора (упрощенная схема и временные диаграммы токов и напряжений).






Нижегородский филиал
МИИТ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 8
По дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении (дополнительные разделы)»
для специальности 23.05.05(190901.65)
«Системы обеспечения движения поездов» студентам 5 курса

Утверждено
директором филиала


1. Задача. Определить типовую мощность трехфазного трансформатора выпрямителя собранного по двенадцатипульсовой схеме, если напряжение и ток в первичной обмотке трансформатора соответственно равны 10 кВ и 100 А, коэффициент трансформации равен (понижающий) 2, а нагрузка выпрямителя чисто активная.
2. Коэффициент мощности и полезного действия выпрямителей.
3. Лавинные полупроводниковые вентили, принцип действия и характеристики.







Нижегородский филиал
МИИТ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 9
По дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении (дополнительные разделы)»
для специальности 23.05.05(190901.65)
«Системы обеспечения движения поездов» студентам 5 курса

Утверждено
директором филиала


1. Задача. Определить типовую мощность трансформатора выпрямителя собранного по нулевой шестипульсовой схеме с уравнительным реактором, если напряжение и ток в первичной обмотке трансформатора соответственно равны 10 кВ и 100 А, коэффициент трансформации (понижающий) равен 2, а нагрузка выпрямителя чисто активная.
2. Работа шестипульсовой мостовой схемы выпрямления на активную нагрузку при идеальном трансформаторе (упрощенная схема и временные диаграммы токов и напряжений).
3. Основные параметры и условное обозначение силовых полупроводниковых диодов.






Нижегородский филиал
МИИТ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 10
По дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении (дополнительные разделы)»
для специальности 23.05.05(190901.65)
«Системы обеспечения движения поездов» студентам 5 курса

Утверждено
директором филиала


1. Задача. Определить количество диодов типа ДЛ161-200-12 в одной ветви выпрямителя, собранного по однофазной двухпульсовой с нулевым выводом схеме выпрямления, если напряжение на вторичной обмотке трансформатора равно 3600 В, отношение величины коммутационных перенапряжений к максимальному обратному равно 1,5, а колебания напряжения сети ± 10%.
2. Симисторы.
3. Типовая мощность трансформаторов различных схем однофазных выпрямителей и коэффициент использования трансформаторов в этих схемах.






Нижегородский филиал
МИИТ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 11
По дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении (дополнительные разделы)»
для специальности 23.05.05(190901.65)
«Системы обеспечения движения поездов» студентам 5 курса

Утверждено
директором филиала


1. Задача. Определить количество диодов типа ДЛ161-200-12 в одной ветви выпрямителя, собранного по однофазной мостовой схеме выпрямления, если напряжение на вторичной обмотке трансформатора равно 3600 В, отношение величины коммутационных перенапряжений к максимальному обратному равно 1,5, а колебания напряжения сети ± 10%.
2. Двухоперационные тиристоры.
3. Вольтамперная характеристика электронно-дырочного перехода, влияние температуры на ее ход.






Нижегородский филиал
МИИТ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 12
По дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении (дополнительные разделы)»
для специальности 23.05.05(190901.65)
«Системы обеспечения движения поездов» студентам 5 курса

Утверждено
директором филиала


1. Задача. Определить количество диодов типа ДЛ161-200-12 в одной ветви выпрямителя, собранного по трехфазной с нулевым выводом схеме выпрямления, если напряжение на вторичной обмотке трансформатора равно 3600 В, отношение величины коммутационных перенапряжений к максимальному обратному равно 1,5, а колебания напряжения сети ± 10%.
2. Фототиристоры.
3. Принципы построения двенадцатипульсовых схем выпрямления (упрощенная схема и временные диаграммы токов и напряжений).









Нижегородский филиал
МИИТ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 13
По дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении (дополнительные разделы)»
для специальности 23.05.05(190901.65)
«Системы обеспечения движения поездов» студентам 5 курса

Утверждено
директором филиала


1. Задача. Определить количество диодов типа ДЛ161-200-12 в одной ветви выпрямителя, собранного по трехфазной мостовой схеме выпрямления, если напряжение на вторичной обмотке трансформатора равно 3600 В, отношение величины коммутационных перенапряжений к максимальному обратному равно 1,5, а колебания напряжения сети ± 10%.
2. Состав интегрального интеллектуального модуля.
3. Работа двухпульсовой мостовой схемы выпрямления на активную нагрузку при идеальном трансформаторе (упрощенная схема и временные диаграммы токов и напряжений).






Нижегородский филиал
МИИТ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 14
По дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении (дополнительные разделы)»
для специальности 23.05.05(190901.65)
«Системы обеспечения движения поездов» студентам 5 курса

Утверждено
директором филиала


1. Задача. Определить количество диодов типа ДЛ161-200-12 в одной ветви выпрямителя, собранного по нулевой шестипульсовой схеме с уравнительным реактором, если напряжение на вторичной обмотке трансформатора равно 3600 В, отношение величины коммутационных перенапряжений к максимальному обратному равно 1,5, а колебания напряжения сети ± 10%.
2. Влияние коммутации на управление инвертором.
3. Конструкция, основные параметры и условное обозначение тиристоров.








Нижегородский филиал
МИИТ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 15
По дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении (дополнительные разделы)»
для специальности 23.05.05(190901.65)
«Системы обеспечения движения поездов» студентам 5 курса

Утверждено
директором филиала


1. Задача. Определить амплитуду высшей гармонической составляющей в выпрямленном напряжении на активной нагрузке, если выпрямитель собран по однофазной двухпульсовой с нулевым выводом схеме, а напряжение на вторичной обмотке трансформатора равно 3600 В.
2. Входная характеристика зависимого инвертора.
3. Работа шестипульсовой мостовой схемы выпрямления на нагрузку, содержащую бесконечно большую индуктивность, с учетом реальных параметров трансформатора (упрощенная схема и временные диаграммы токов и напряжений).






Нижегородский филиал
МИИТ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 16
По дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении (дополнительные разделы)»
для специальности 23.05.05(190901.65)
«Системы обеспечения движения поездов» студентам 5 курса

Утверждено
директором филиала


1. Задача. Определить амплитуду высшей гармонической составляющей в выпрямленном напряжении на активной нагрузке, если выпрямитель собран по однофазной мостовой схеме, а напряжение на вторичной обмотке трансформатора равно 3600 В.
2. Способы регулирования выпрямленного напряжения.
3. Структура и физические особенности полупроводниковых материалов, влияние примесей.









Нижегородский филиал
МИИТ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 17
По дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении (дополнительные разделы)»
для специальности 23.05.05(190901.65)
«Системы обеспечения движения поездов» студентам 5 курса

Утверждено
директором филиала


1. Задача. Определить амплитуду высшей гармонической составляющей в выпрямленном напряжении на активной нагрузке, если выпрямитель собран по трехфазной с нулевым выводом схеме, а напряжение на вторичной обмотке трансформатора равно 3600 В.
2. Особенности параметров цепи управления двухоперационных тиристоров.
3. Автономные инверторы напряжения и тока (упрощенная схема).






Нижегородский филиал
МИИТ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 18
По дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении (дополнительные разделы)»
для специальности 23.05.05(190901.65)
«Системы обеспечения движения поездов» студентам 5 курса

Утверждено
директором филиала


1. Задача. Определить амплитуду высшей гармонической составляющей в выпрямленном напряжении на активной нагрузке, если выпрямитель собран по двенадцатипульсовой схеме последовательного типа, а напряжение на вторичных обмотках трансформатора обоих мостов равно 3600 В.
2. Характеристики цепи управления однооперационных тиристоров.
3. Работа управляемого двухпульсового выпрямителя с нулевым выводом на нагрузку, содержащую бесконечно большую индуктивность, с учетом реальных параметров трансформатора (упрощенная схема и временные диаграммы токов и напряжений).










Нижегородский филиал
МИИТ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 19
По дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении (дополнительные разделы)»
для специальности 23.05.05(190901.65)
«Системы обеспечения движения поездов» студентам 5 курса

Утверждено
директором филиала


1. Задача. Определить ток в неразветвленной части цепи при различной полярности источника напряжения. Вентиль идеальный.

2. Биполярные транзисторы с изолированным затвором.
3. Внешняя характеристика управляемых выпрямителей.






Нижегородский филиал
МИИТ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 20
По дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении (дополнительные разделы)»
для специальности 23.05.05(190901.65)
«Системы обеспечения движения поездов» студентам 5 курса

Утверждено
директором филиала


1. Задача. Определить ток и напряжение в неразветвленной части цепи при различной полярности источника напряжения. Вентили идеальные.

2. Запираемые тиристоры с интегрированным управлением.
3. Построение и работа шестифазной схемы выпрямления с нулевым выводом, ее недостатки.



Нижегородский филиал
МИИТ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 21
По дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении (дополнительные разделы)»
для специальности 23.05.05(190901.65)
«Системы обеспечения движения поездов» студентам 5 курса

Утверждено
директором филиала


1. Задача. Для двух последовательно включенных нелавинных вентилей с различающимися ВАХ графически определить распределение обратного напряжения между вентилями.
2. Принцип работы зависимых инверторов.
3. Особенности работы шестипульсовой схемы выпрямления с уравнительным реактором (упрощенная схема и временные диаграммы токов и напряжений).






Нижегородский филиал
МИИТ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 22
По дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении (дополнительные разделы)»
для специальности 23.05.05(190901.65)
«Системы обеспечения движения поездов» студентам 5 курса

Утверждено
директором филиала


1. Задача. Для двух параллельно включенных диодов, с различающимися ВАХ, графически найти распределение прямых токов между диодами.
2. Непосредственные преобразователи частоты.
3. Коммутация в выпрямителях, ее влияние на их энергетические характеристики на примере двухпульсовой схемы с нулевым выводом выпрямления (упрощенная схема и временные диаграммы токов и напряжений).











Нижегородский филиал
МИИТ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 23
По дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении (дополнительные разделы)»
для специальности 23.05.05(190901.65)
«Системы обеспечения движения поездов» студентам 5 курса

Утверждено
директором филиала


1. Задача. Определить типовую мощность однофазного трансформатора выпрямителя собранного по двухпульсовой схеме с нулевым выводом, если напряжение и ток в первичной обмотке трансформатора соответственно равны 10 кВ и 100 А, коэффициент трансформации (понижающий) равен 2, а нагрузка выпрямителя чисто активная.
2. Принципы работы автономных инверторов напряжения.
3. Работа трехпульсовой схемы с нулевым выводом на нагрузку, содержащую бесконечно большую индуктивность, при реальном трансформаторе (упрощенная схема и временные диаграммы токов и напряжений).






Нижегородский филиал
МИИТ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 24
По дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении (дополнительные разделы)»
для специальности 23.05.05(190901.65)
«Системы обеспечения движения поездов» студентам 5 курса

Утверждено
директором филиала


1. Задача. Определить типовую мощность однофазного трансформатора выпрямителя собранного по мостовой схеме, если напряжение и ток в первичной обмотке трансформатора соответственно равны 10 кВ и 100 А, коэффициент трансформации (понижающий) равен 2, а нагрузка выпрямителя чисто активная.
2. Принципы работы автономных инверторов тока.
3. Выбор силовых вентилей для преобразователей.









Нижегородский филиал
МИИТ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 25
По дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении (дополнительные разделы)»
для специальности 23.05.05(190901.65)
«Системы обеспечения движения поездов» студентам 5 курса

Утверждено
директором филиала


1. Задача. Определить типовую мощность однофазного трансформатора выпрямителя собранного по однополупериодной схеме, если напряжение и ток в первичной обмотке трансформатора соответственно равны 10 кВ и 100 А, коэффициент трансформации (понижающий) равен 2, а нагрузка выпрямителя чисто активная.
2. Принципы работы симисторов.
3. Внешняя характеристика неуправляемых выпрямителей, принцип ее построения.






Нижегородский филиал
МИИТ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 26
По дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении (дополнительные разделы)»
для специальности 23.05.05(190901.65)
«Системы обеспечения движения поездов» студентам 5 курса

Утверждено
директором филиала


1. Задача. Определить типовую мощность трехфазного трансформатора выпрямителя собранного по схеме с нулевым выводом, если напряжение и ток в первичной обмотке трансформатора соответственно равны 10 кВ и 100 А, коэффициент трансформации (понижающий) равен 2, а нагрузка выпрямителя чисто активная.
2. Принципы работы двухоперационных тиристоров.
3. Работа трехпульсовой схемы с нулевым выводом на активную нагрузку при идеальном трансформаторе (упрощенная схема и временные диаграммы токов и напряжений).








Нижегородский филиал
МИИТ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 27
По дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении (дополнительные разделы)»
для специальности 23.05.05(190901.65)
«Системы обеспечения движения поездов» студентам 5 курса

Утверждено
директором филиала


1. Задача. Определить типовую мощность трехфазного трансформатора выпрямителя собранного по мостовой схеме, если напряжение и ток в первичной обмотке трансформатора соответственно равны 10 кВ и 100 А, коэффициент трансформации (понижающий) равен 2, а нагрузка выпрямителя чисто активная.
2. Перспективные полупроводниковые приборы, работающие в ключевом режиме.
3. Работа полностью управляемого выпрямителя по мостовой схеме (упрощенная схема и временные диаграммы токов и напряжений).






Нижегородский филиал
МИИТ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 28
По дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении (дополнительные разделы)»
для специальности 23.05.05(190901.65)
«Системы обеспечения движения поездов» студентам 5 курса

Утверждено
директором филиала


1. Задача. Определить типовую мощность трехфазного трансформатора выпрямителя собранного по двенадцатипульсовой схеме, если напряжение и ток в первичной обмотке трансформатора соответственно равны 10 кВ и 100 А, коэффициент трансформации равен (понижающий) 2, а нагрузка выпрямителя чисто активная.
2. Интегральные блоки и интеллектуальные модули.
3. Работа шестипульсовой мостовой схемы выпрямления на нагрузку, содержащую бесконечно большую индуктивность, с учетом реальных параметров трансформатора (упрощенная схема и временные диаграммы токов и напряжений).






Нижегородский филиал
МИИТ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 29
По дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении (дополнительные разделы)»
для специальности 23.05.05(190901.65)
«Системы обеспечения движения поездов» студентам 5 курса

Утверждено
директором филиала


1. Задача. Определить типовую мощность трансформатора выпрямителя собранного по нулевой шестипульсовой схеме с уравнительным реактором, если напряжение и ток в первичной обмотке трансформатора соответственно равны 10 кВ и 100 А, коэффициент трансформации (понижающий) равен 2, а нагрузка выпрямителя чисто активная.
2. Влияние сглаживающих фильтров на работу однофазных выпрямителей.
3. Последовательное соединение полупроводниковых вентилей.






Нижегородский филиал
МИИТ
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 30
По дисциплине «Электронная техника и преобразователи в электроснабжении (дополнительные разделы)»
для специальности 23.05.05(190901.65)
«Системы обеспечения движения поездов» студентам 5 курса

Утверждено
директором филиала


1. Задача. Определить количество диодов типа ДЛ161-200-12 в одной ветви выпрямителя, собранного по однофазной двухпульсовой с нулевым выводом схеме выпрямления, если напряжение на вторичной обмотке трансформатора равно 3600 В, отношение величины коммутационных перенапряжений к максимальному обратному равно 1,5, а колебания напряжения сети ± 10%.
2. Работа транзисторов в ключевом режиме.
3. Параллельное соединение полупроводниковых вентилей.











13PAGE 15


13PAGE 142415




Схемы силовых модулейдиодный модульСхема автономного инвертораСхема автономного инвертора токаРисунок 4 Заголовок 1 Заголовок 2 Заголовок 3 Заголовок 4 Заголовок 5 Заголовок 615

Приложенные файлы

  • doc 6045457
    Размер файла: 1 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий