Міністерство освіти І науки україни харківська національна академія міського господарства енергетична електроніка робоча програма, методичні вказівки до вивчення дисципліни та контрольні завдання

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ХАРКІВСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ МІСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА ЕНЕРГЕТИЧНА ЕЛЕКТРОНІКА РОБОЧА ПРОГРАМА, МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ВИВЧЕННЯ ДИСЦИПЛІНИ ТА КОНТРОЛЬНІ ЗАВДАННЯ (для студентів заочної форми навчання спец. 7.090603 "Електротехнічні системи електроспоживання") Харків   ХНАМГ – 2007 Енергетична електроніка. Робоча програма, методичні вказівки до вивчення дисципліни та контрольні завдання (для студентів заочної форми навчання спец. 7.090603   "Електротехнічні системи електроспоживання") / Укл.: Ягуп В.Г.  Харків: ХНАМГ, 2007.   27 с. Укладач: проф., д.т.н. В.Г.Ягуп Рецензент: проф., д.т.н. О.Г.Гриб Рекомендовано кафедрою електропостачання міст, протокол № 5 від 7.12.2006 р. ^ ЗАГАЛЬНІ ВКАЗІВКИ Дисципліна "Енергетична електроніка" вивчає принципи перетворення параметрів електричної енергії, засоби реалізації цих принципів на основі напівпровідникових силових пристроїв, електромагнитні процеси, що супроводять зазначені перетворення електроенергії, основні параметри та характеристики, які мають відношення до цих перетворень, а також вплив пристроїв енергетичної електроніки на живлячу електроенергетичну мережу. В зазначеній дисципліні розглядаються досить складні нелінійні електротехнічні пристрої, що складаються з напівпровідникових пристроїв, конденсаторів, трансформаторів і дроселів, при цьому пристрої енергетичної електроніки керуються електронними, в тому числі і мікропроцесорними засобами за складними алгоритмами, що реалізують взагалі і принципи теорії автоматичного управління. Тому при вивченні дисципліни слід пам’ятати і викристовувати знання з основних розділів вищої математики, фізики, теоретичної електротехніки, промислової електроніки, а також обчислювальної техніки. З математики в першу чергу вимагаються знання таких розділів, як матрична й векторна алгебра, теорія графів, методи розв'язання диференціальних рівнянь, гармонійний аналіз. З теоретичних основ електротехніки потрібні відомості з розділів теорії кіл, аналізу перехідних процесів і теорії нелінійних кіл. Бажаним є застосування методів, алгоритмів і програм для комп'ютерного обчислення режимів пристроїв енергетичної електроніки. Такі обчислення можна проводити із використанням відомих математичних пакетів програм Excel, MathCAD, MATLAB, а також за допомогою спеціалізованих програм для моделювання пристроїв енергетичної електроніки (Simulink, СИМПАТ). Для студентів заочної форми навчання передбачено такі форми вивчення дисципліни: лекційні заняття з основних розділів дисципліни в період установчої сесії; самостійна робота із навчальною літературою згідно з програмою й методичними вказівками; відповіді на контрольні запитання; виконання розрахункової роботи; закріплення матеріалу при розв'язанні задач і розгляді прикладів, що надані в рекомендованій літературі. Математичні викладки, доведення, і, особливо, визначення треба вивчити на пам'ять. Контроль знань здійснюють на екзаменаційній сесії при захисті розрахункової роботи та складанні іспиту. ^ 2 РОБОЧА ПРОГРАМА Й МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ВИВЧЕННЯ ТЕМ ДИСЦИПЛІНИ 2.1. Вступ Цілі та завдання дисципліни. Необхідність застосування в електроенергетиці пристроїв енергетичної електроніки. Основні види перетворювачів електричної енергії. Роль прикладної математики й обчислювальної техніки при дослідженнях і проектуванні пристроїв енергетичної електроніки. Література: [1, с. 3-4; 2, с. 3-9; 3, с.3-23; 4, c. 5-7; 5, с. 3-12; 6, с. 3-6; 7, с. 3-9; 9, с. 5-8; 10, с. 4-9]. Методичні вказівки Розглядаючи загальні відомості про дисципліну, треба усвідомлювати, що пристрої енергетичної електроніки надзвичайно широко застосовують в електроенергетичних системах як проміжні, буферні пристрої живлення різноманітних споживачів електричної енергії, а також для регулювання, передачі електроенергії з підвищеними енергетичними й динамічними показниками. Тому в системі освіти спеціалістів в області електроенергетики знання основ енергетичної електроніки уявляється надзвичайно важливим завданням. Треба мати уявлення про основні методи перетворення параметрів електричної енергії, можливості застосування засобів енергетичної електроніки для конкретних завдань, вміти оцінити основні якісні й кількісні показники, що можуть бути досягнуті при застосуванні цих пристроїв. Оскільки пристрої енергетичної електроніки являють собою складні нелінійні динамічні системи, якісне дослідження їх може бути здійснене тільки при застосуванні сучасних математичних методів і комп’ютерної техніки. Запитання для самоконтролю У чому полягають цілі та завдання дисципліни? Які пристрої відносять до енергетичної електроніки? Які види перетворень параметрів електричної енергії застосовують в електроенергетиці? Які переваги мають електронні перетворювачі електроенергії над електромеханічними? Які елементи застосовують для створення пристроїв енергетичної електроніки? Яке призначення силової частини перетворювача та її системи управління? У чому полягають переваги застосування електропередачі постійного струму? Які програмні засоби дозволяють створювати комп'ютерні моделі пристроїв енергетичної електроніки? 2.2. Напівпровідникові вентилі Принцип дії, параметри й характеристики напівпровідникових діодів. Принцип дії, параметри й характеристики напівпровідникових тиристорів і транзисторів. Управління напівпровідниковими вентилями. Теплові характеристики вентилів. Послідовне й паралельне увімкнення вентилів. Кусково-лінійна апроксимація вольт-амперних характеристик нелінійних пристроїв Література: [2, с. 5-21; 3, с.23-55; 4, с. 10-178; 5, с.17-42; 6, с.7-36; 7, с. 9-28; 9, с. 9-49]. Методичні вказівки При вивченні цього розділу треба усвідомлювати, що основними елементами, що здійснюють перетворення параметрів електричної енергії, являються нелінійні напівпровідникові прилади   діоди, тиристори, транзистори. Слід вивчити принципи дії цих приладів, їх основні параметри й характеристики, конструктивні й експлуатаційні особливості. Треба звернути увагу на динамічні показники напівпровідникових пристроїв, які обумовлюють швидкодію перетворювальних пристроїв у цілому. Необхідно засвоїти особливості групового з'єднання вентилів, що обумовлено необхідністю вирівнювання прямих струмів і зворотних напруг окремих вентилів. Слід приділити увагу умовам забезпечення температурного режиму й засобам реалізації охолоджування вентилів. Треба уявляти тенденції та перспективи розвитку в галузі силових напівпровідникових вентилів на сучасному етапі. Запитання для самоконтролю Поясніть принцип роботи напівпровідникового діода. Яким аналітичним виразом описують вольт-амперну характеристику напівпровідникового діода? У чому полягає принцип кусково-лінійної апроксимації і методу припасовування? Як виглядає еквівалентна схема для заміщеної вольт-амперної характеристики напівпровідникового діода? Які існують умови для вимкнення й увімкнення ідеального діода? Який вигляд має еквівалентна схема заміщення реального й ідеального тиристора? У чому полягають умови вимкнення й увімкнення тиристора? Які переваги має ключовий режим роботи транзисторів? Які параметри напівпровідникових приладів зумовлюють їх швидкодію? Навіщо потрібно вирівнювати прямі струми й зворотні напруги напівпровідникових приладів при груповому їх з’єднанні? У чому полягає призначення снаберних ланцюгів? Яким чином здійснюють охолодження напівпровідникових приладів в пристроях ^ 2.3. Методи аналізу і розрахунків пристроїв енергетичної електроніки Завдання аналізу пристроїв енергетичної електроніки Режими роботи пристроїв енергетичної електроніки. й рівняння, що їх віддзеркалюють. Аналітичні й чисельні методи розв’язування систем рівнянь пристроїв енергетичної електроніки. Класифікація методів аналізу й моделей пристроїв енергетичної електроніки. Побудова моделей перетворювачів, їх реалізація й порівняльні характеристики. Апаратне й програмне забезпечення для реалізації комп’ютерних моделей пристроїв енергетичної електроніки. Загальні відомості про схеми заміщення пристроїв енергетичної електроніки й рівняння стану. Проблеми формування рівнянь стану при виникненні вироджених ситуацій та явища жорсткості систем рівнянь перетворювачів Література: [1, с. 7-36; 2, с. 248-272; 4, с. 122-128; 5, с.12-17;; 6, с.17-27; 10, с. 10-19]. Методичні вказівки При вивченні й засвоєнні матеріалу цього розділу треба розуміти, що дослідження й проектування пристроїв енергетичної електроніки потребує дослідження електромагнітних процесів у різноманітних режимах роботи перетворювачів. Режими роботи перетворювачів розподіляють на нормальні й аномальні, в тому числі аварійні. Перехідні процеси усталюються з часом і переходять в так звані квазиусталені режими, що характеризуються періодичним повторенням інтервалів з певними станами вентилів. Ці окремі стани вентилів мають кожний свою схему заміщення, що описується відповідними системами диференціальних рівнянь. Для формування цих рівнянь використовують системні методи теоретичної електротехніки, з яких найбільш часто застосовують метод змінних стану. Слід звернути увагу на методи розв’язування рівнянь стану для окремих схем заміщення пристроїв енергетичної електроніки, а також на виникнення явища жорсткості цих рівнянь за рахунок топологічних вироджень у схемах заміщень. ^ Запитання для самоконтролю У чому полягають завдання аналізу пристроїв енергетичної електроніки? Які режими характерні для роботи напівпровідникових перетворювачів електричної енергії? У чому полягає різниця між аналітичними й чисельними методами? Опишіть суть методів еквівалентних джерел, основної гармоніки, гармонійного аналізу. У чому полягає основа методів дискретного перетворення Лапласа, фазової площини, перемикаючих функцій? Які переваги має метод змінних стану в застосуванні до пристроїв енергетичної електроніки? Як отримати еквівалентну схему для заданого стану вентилів перетворювача? Які матриці еквівалентних схем дозволяють автоматизувати процес отримання рівнянь стану? Охарактеризуйте алгоритми чисельних методів розв’язування систем диференціальних рівнянь? У чому полягає явище жорсткості рівнянь стану? Які топологічні ситуації породжують явище жорсткості рівнянь стану? .Які методи дозволяють вирішити проблему жорсткості рівнянь стану? ^ 2.4. Випрямлячі й ведені мережею інвертори Некеровані випрямлячі однофазного струму. Однотактні й двотактні схеми, основні співвідношення в схемах. Вибір живлячої напруги випрямлячів. Робота випрямляча на ємнісне й індуктивне навантаження. Згладжуючі фільтри та їх характеристики. Зовнішня характеристика випрямляча та його к.к.д. Некеровані випрямлячі трифазного струму. Схеми трифазних випрямлячів, основні характеристики й параметри. Особливості роботи трансформаторів у випрямлячах, первинний струм випрямлячів і його показники. Вплив несиметрії на роботу випрямляча і його показники. Явище комутації та його вплив на основні показники випрямляча. Керовані випрямлячі й інвертори, ведені мережею. Застосування випрямлячів для електропередачі постійного струму. Принципи керування вихідною напругою випрямлячів. Особливості побудови систем керування випрямлячами, аналогове, цифрове й мікропроцесорне керування випрямлячами Література: [1, с. 37-132; 2, с. 21-74; 3, с. 55-82; , 6, с.36-177; 7, 29-95; 8, с. 7-139; 9, с. 189-243; 11, с. 311-341]. Методичні вказівки При вивченні матеріалу цього розділу треба усвідомлювати призначення випрямлячів і ту обставину, що ці пристрої енергетичної електроніки є найпоширенішими в електроенергетиці, електроприводі, електротехнологіях. Слід мати уяву про структурну схему випрямляча, його зв’язок з живлячою мережею та вимоги до вихідної напруги і струму. Слід чітко засвоїти класифікацію випрямлячів в залежності від способу живлення і самої схеми вентильного комплекту випрямляча. Розглядаючи конкретні схеми випрямлячів, треба вміти відобразити часові діаграми напруг і струмів на вході і виході випрямляча, а також на його елементах. При роботі випрямляча на ємнісне й індуктивне навантаження слід звернути увагу відповідно на скорочення й збільшення інтервалу провідності струму вентилями, що тягне за собою зміни форми вихідних напруг і струмів. Вивчаючи згладжувальні фільтри, необхідно засвоїти їх призначення, основні схеми й параметри, а також вплив на роботу випрямляча й показники вихідної напруги. Треба усвідомлювати, що з точки зору навантаження випрямляч уявляє собою активний двополюсник, що характеризується зовнішньою характеристикою. Необхідно знати про причини падіння напруги на виході випрямляча, якщо збільшується струм навантаження, а крім того розуміти особливості зовнішньої характеристики при ємнісному навантажені. З факторами, що впливають на зовнішню характеристику, пов’язані також оцінки к.к.д. випрямляча. Слід вивчити різноманітні схеми трифазних випрямлячів, виділяючи особливості кожної та їх параметри і характеристики. Досліджуючи зв’язок випрямляча з живлячою мережею, слід розуміти, що він відбувається через первинні струми живлячого трансформатора. Необхідно звернути увагу на методику визначення цих струмів при умові ідеально згладженого струму навантаження для різноманітних схем випрямлячів. Треба розуміти вплив несиметрії, обумовленої мережею, на спектральний склад первинних струмів. Необхідно знати про причини появи явища комутації, а також вплив на довжину кута комутації з боку таких параметрів і величин, як індуктивність розсіювання трансформатора, величина струму навантаження, амплітуда живлячої напруги й кількість тактів випрямляча. При розгляді керованих випрямлячів слід уявляти принципи побудови систем керування, а також вплив кута керування на основні параметри і характеристики випрямляча. Вивчаючи інвертори, відомі мережею, слід усвідомлювати умови, при яких існує стійкий режим інвертування, а також умови, при яких стійкість роботи інвертора порушується. Слід звернути увагу на принципи побудови систем керування випрямлячами за вертикальним принципом та їх реалізацію засобами аналогової, цифрової та мікропроцесорної техніки. Запитання для самоконтролю У чому полягає призначення випрямлячів? Який вид має структурна схема узагальненого випрямляча, і яке призначення кожного із складових елементів? Накресліть схеми однофазних випрямлячів і часові діаграми напруг і струмів для кожної з них. Наведіть основні співвідношення для вихідної напруги для кожної із схем однофазних випрямлячів. Які співвідношення характеризують роботу однотактного випрямляча на нескінчене ємнісне навантаження? Яким чином змінюються умови роботи випрямляча при індуктивному навантаженні? Накресліть часові діаграми напруг і струмів для цього випадку. Який спектральний склад має вихідна напруга однофазного і багатофазного випрямляча? Накресліть спектрограму для кожного випадку. Яке призначення мають згладжувальні фільтри, які вони мають структурні схеми й показники? Який вигляд має зовнішня характеристика випрямляча і яким чином можна пояснити її особливості? Яким чином визначають коефіцієнт корисної дії випрямляча? Накресліть схеми трифазних випрямлячів і поясніть принцип їх роботи з наведенням часових діаграм напруг і струмів. Яким чином визначають первинні струми трансформаторів, що живлять трифазні випрямлячі? Яким чином впливає на роботу трифазних випрямлячів несиметрія живлячої мережі? У чому полягає явище комутації, які чинники зумовлюють це явище? Поясніть вплив явища комутації на живлячу мережу? Від яких факторів залежить довжина кута комутації? Поясніть вертикальний метод керування випрямлячем, скориставшись структурною схемою й часовими діаграмами. Який вигляд має залежність вихідної напруги випрямляча від значення кута керування? Поясніть принцип роботи інвертора, веденого мережею. Які переваги мають цифрові та мікропроцесорні системи керування випрямлячами перед аналоговими? ^ 2.5. Перетворювачі постійної та змінної напруги Принцип дії імпульсних перетворювачів постійної напруги. Примусова комутація напівпровідникових керованих вентилів і способи її забезпечення. Принципи побудови перетворювачів постійної напруги. Електромагнітні процеси в схемах імпульсних перетворювачів постійної напруги та їх показники. Напівпровідникові регулятори змінної напруги. Література: [1, с. 164-247; 2, с.175-212; 3, 157-164; 7, с. 242-291; 9, с. 296-303]. Методичні вказівки Для засвоєння матеріалу цього розділу треба чітко уявляти принципи побудови перетворювачів з широтно-імпульсним перетворенням, які в загальному вигляді можуть бути пояснені на структурних схемах з ідеальними ключами й діодами. Слід мати на увазі, що для реалізації перетворювачів з широтно-імпульсним перетворенням слід вирішити проблему примусової комутації тиристорів. Необхідно вивчити принципи дії і схеми примусової комутації. Слід мати уявлення про електромагнітні процеси у вузлах примусової комутації, що забезпечують жорстку і м’яку комутації. На прикладі конкретного перетворювача постійної напруги необхідно вміти пояснити електромагнітні процеси в перетворювачі постійної напруги з широтно-імпульсним перетворенням і вміти привести часові діаграми напругі струмів в перетворювачі. Треба звернути увагу на принципи роботи перетворювачів з одноступеневою й двоступеневою комутацією. Розглядаючи роботу перетворювача на двигун постійного струму, слід розібратися з процесами в реверсивних перетворювачах, у тому числі побудованих на повністю керованих вентилях. Треба розглянути також тиристорні регулятори змінної напруги, маючи на увазі, що їх досить часто використовують в електроприводі і системах електричного нагріву. При цьому слід звернути увагу на методи керування такими перетворювачами з метою регулювання рівня напруги на виході перетворювача, а також на основні показники кожного типу перетворювача. Треба розглянути важливі для електроенергетики регулятори з вольтододатками й усвідомити можливості впливу з їх допомогою на амплітуду змінної напруги і коефіцієнт потужності електричної системи в цілому. ^ Запитання для самоконтролю Наведіть структурні схеми перетворювачів постійної напруги. За допомогою часових діаграм поясніть принцип дії перетворювачів постійної напруги, користуючись структурними схемами. Які існують способі комутації тиристорів? Чому потрібно використовувати вузли примусової комутації? Наведіть схеми і часові діаграми для вузлів жорсткої та м’якої примусової комутації. Наведіть схему, часові діаграми і основні співвідношення для імпульсного перетворювача постійної напруги із зниженням вихідної напруги. Наведіть схему, часові діаграми і основні співвідношення для імпульсного перетворювача постійної напруги з підвищенням вихідної напруги. Які особливості вносить в роботу імпульсного перетворювача постійної напруги увімкнення вихідного фільтру? У чому полягають особливості побудови схем реверсивних перетворювачів постійної напруги? Наведіть схему і часові діаграми перетворювача постійної напруги з одноступеневою комутацією. Наведіть схему і часові діаграми перетворювача постійної напруги з двоступеневою комутацією. Які принципи покладені в основу роботи тиристорних регуляторів змінної напруги із природною комутацією? Наведіть схеми трифазних регуляторів змінної напруги із природною комутацією і поясніть на часових діаграмах принцип їх дії. Які можливості в роботі перетворювачів і умови живлення споживача електричної енергії вносить введення вольтододатку? Як здійснюють примусову комутацію в схемах перетворювачів змінної напруги? Поясніть на конкретних прикладах. ^ 2.6. Автономні інвертори й перетворювачі частоти Схеми інверторів струму й напруги, їх застосування, особливості електромагнітних процесів у схемах інверторів. Стійкість інверторів і засоби її забезпечення. Перетворювачі частоти, їх застосування в електротехнічних комплексах, принципи функціювання й схеми їх реалізації Література: [1, с. 248-361; 2, с. 89-174; 3, с. 116-156; 7, с. 197-242; 9, с. 303-313]. Методичні вказівки При вивченні матеріалу цього розділу слід у першу чергу мати чітке уявлення про застосування інверторів і класифікацію їх схем. Треба знати схеми однофазних інверторів струму і напруги і вміти пояснювати принципи дії цих пристроїв, а також основні математичні співвідношення для них. При розгляді питання стійкості автономного інвертора звернути увагу на фізичну трактовку явищ, що супроводжують пуск інвертора й вплив процесів на схемний час вимкнення тиристорів інвертора. Слід вивчити особливості роботи резонансних інверторів і їх різновиди. Необхідно звернути увагу на структуру силових схем і алгоритми роботи трифазних інверторів струму і напруги. Слід уяснити роль діодів, що відсікають, а також особливості побудови схем з одноступеневою й двоступеневою комутаціями. Необхідно усвідомлювати особливості й переваги багатофазних інверторів з груповою комутацією. Розглядаючи перетворювачі частоти з безпосереднім зв’язком, треба звернути увагу на способи формування вихідної напруги перетворювача, а також на алгоритми управління перетворюючими елементами і способи реалізації систем управління ними. Запитання для самоконтролю Які існують сфери застосування інверторів? Перелічите признаки, за якими класифікуються інвертори. Які електромагнітні процеси відбуваються в схемі однофазного паралельного інвертора струму? Поясніть, розглядаючи схему і часові діаграми. Яким чином умови роботи ємності в схемі однофазного паралельного інвертора струму впливають на умови стійкості режиму? Який вигляд мають зовнішні характеристики однофазного паралельного інвертора струму залежно від характеру навантаження? Поясніть принцип роботи трифазного мостового інвертора з відсікаючими діодами. Який вигляд мають схеми послідовних інверторів? У чому полягають особливості структур схем резонансних інверторів і процесів, що супроводять їх роботу? Наведіть схеми інверторів напруги й часові діаграми, що характеризують їх роботу. Чим відрізняються схеми інверторів з груповою й загальною комутацією? Наведіть схему безпосереднього перетворювача частоти й поясніть принцип його роботи. Які особливості мають системи управління автономними інверторами й перетворювачами частоти? ^ 2.7. Вплив перетворювальних пристроїв на електроенергетичні системи Вплив явища комутації на джерела живлення. Поняття про коефіцієнт потужності, засоби його покращення. Статичні компенсатори реактивної потужності. Засоби покращення якості електричної енергії при живлені навантаження від пристроїв енергетичної електроніки. Системи живлення сучасної електронної апаратури, особливості побудови сучасних схем пристроїв енергетичної електроніки для живлення електронної апаратури. Проблема електромагнітної сумісності та її вирішення. Зменшення масогабаритних показників апаратури живлення Література: [2, с. 74-82; 3, с. 82-91; 6, с. 118-177, 9, с. 254-275, 10, с. 20-60, 96-108; 11, с.311-337]. Методичні вказівки При вивченні впливу перетворювача на живлячу мережу треба звертати увагу на співвідношення потужностей перетворювача і живлячої мережі. Для випрямлячів визначними величинами є індуктивності розсіяння трансформаторів і струм навантаження. З фізичної точки зору саме ці показники визначають енергію, яка повинна зійти до нуля, коли комутація і завершиться. Треба розглянути діаграми напруги на затискачах мережі скінченої потужності й показати наявність спотворення синусоїдальної форми напруги мережі. Слід вивчити визначення коефіцієнта потужності й чинники, які зменшують його при роботі напівпровідникових перетворювачів. Треба розглянути також способи покращання коефіцієнта потужності перетворювальних пристроїв. Із джерел реактивної потужності слід звернути увагу на тиристорно-конденсаторну схему. Треба уявляти причини появи вищих гармонійних складових при роботі перетворювачів, знати вплив їх на обладнання й способи боротьби з цими явищами за допомогою фільтро-компенсуючих пристроїв. При розгляді принципів побудови сучасної апаратури живлення побутової апаратури слід звернути увагу на засоби зменшення масогабаритних показників, пов’язаних з підвищенням проміжної частоти перетворення. ^ Запитання для самоконтролю Яким чином впливає величина індуктивності розсіювання живлячого трансформатора на довжину кута комутації? Який вигляд має напруга на затискачах живлячої мережі при наявності комутації? Що називається коефіцієнтом потужності перетворювача і як він визначається? Чим небажана робота перетворювача з низьким коефіцієнтом потужності? Який вплив має нульовий вентиль в випрямлячах на показники коефіцієнта потужності? Поясніть принцип компенсації реактивної потужності за допомогою статичного компенсатора. У чому полягає вплив фільтро-компенсуючих пристроїв на умови роботи перетворювача в мережі скінченої потужності? Який вплив мають вищі гармонійні складові на електрообладнання? Які гармоніки прийнято називати канонічними? У чому полягають умови появи неканонічних гармонік? Як можна забезпечити зменшення вищих гармонік у живлячій мережі, до якої підключено напівпровідниковий перетворювач? Поясніть структурну схему сучасного пристрою живлення електронної апаратури, який має знижені масо-габаритні показники. ^ 2.8. Комп’ютерне моделювання пристроїв енергетичної електроніки Застосування комп’ютерних моделей при дослідженні й проектуванні електроенергетичних систем з пристроями енергетичної електроніки. Класифікація завдань й методів їх вирішення за допомогою комп’ютерних моделей. Алгоритми побудови комп’ютерних моделей пристроїв енергетичної електроніки. Методи автоматичного формування рівнянь перетворювачів і їх розв’язання. Методи аналізу результатів моделювання. Програмні засоби для комп’ютерного моделювання пристроїв енергетичної електроніки. Література: [1, с. 33-36; 5, с.17-79; 8, с.194-228]. Методичні вказівки Для засвоєння матеріалу цього розділу треба чітко усвідомлювати, що моделювання пристроїв енергетичної електроніки є універсальним і потужним інструментом, який знаходить широке застосування при дослідженні й проектуванні перетворювачів електричної енергії. Необхідно мати чіткі уявлення про можливості розв’язання різноманітних завдань, що вони базуються на аналізі електромагнітних перехідних і усталених процесів у перетворювачах. Загальний алгоритм побудови математичної моделі перетворювача включає в себе такі процедури і алгоритми, які забезпечують формування рівнянь із урахуванням станів напівпровідникових елементів, розв’язання цих рівнянь і забезпечення автоматичного перемикання станів напівпровідникових елементів у процесі роботи моделі. Треба мати на увазі, що результати моделювання можуть бути занесені в оперативну пам’ять комп’ютера або у вигляді дискового файлу. Завдяки цьому можна легко будувати графіки у вигляді часових діаграм, а також створювати на цій основі різноманітні алгоритми для обробки результатів моделювання. Слід розібратися з методами аналізу гармонійного складу струмів і напруг, у тому числі на основі швидкого перетворення Фур’є. Треба мати уявлення про можливості застосування для моделювання пристроїв енергетичної електроніки таких програм, як MS Excel, MathCAD,СИМПАТ, MATLAB. ^ Запитання для самоконтролю У чому полягають переваги комп’ютерного моделювання пристроїв енергетичної електроніки ? Які завдання можна розв’язувати за допомогою комп’ютерного моделювання пристроїв енергетичної електроніки ? Які методи складають основу комп’ютерного моделювання пристроїв енергетичної електроніки ? Накресліть в загальному вигляді структурну схему моделювання пристроїв енергетичної електроніки ? Які основні процедури потрібні для формування комп’ютерної моделі пристроїв енергетичної електроніки ? Які алгоритми забезпечують відображення роботи напівпровідникових елементів перетворювачів? В якому вигляді доцільно формувати рівняння моделі напівпровідникового перетворювача? За допомогою яких чисельних методів розв’язують рівняння моделей перетворювачів? В якому вигляді формують результати роботи комп’ютерних моделей пристроїв енергетичної електроніки ? Які методи доцільно застосовувати для гармонійного аналізу струмів і напруг перетворювачів? Які засоби можна застосовувати для побудови часових діаграм процесів у перетворювачах після отримання результатів їх моделювання? Які програмні засоби можна застосовувати для створення комп’ютерних моделей пристроїв енергетичної електроніки ? ^ 3. ЗАВДАННЯ ДЛЯ РОЗРАХУНКОВО-ГРАФІЧНОЇ РОБОТИ Й ВКАЗІВКИ ДО ЇЇ ВИКОНАННЯ Розрахунково-графічна робота присвячена дослідженню впливу явища комутації вентилів у випрямлячі на живлячу мережу. Мається на увазі схема трифазного випрямляча з нульовим виводом, навантаження якої споживає ідеально згладжений струм заданої величини. Вважають, що випрямляч живиться через трансформатор скінченої потужності, що відображається врахуванням лише сумарної індуктивності розсіювання, величину якої для всіх фаз вважають однаковою і задають у завданні. Крім цього, задають амплітуду фазної напруги мережі й частоту цієї напруги. В ролі вентилів виступають напівпровідникові діоди, що вважаються ідеальними. Наведені данні представлені у таблиці 1 з ознакою номера варіанта, який призначає студенту викладач під час установчої сесії. ^ Послідовність виконання завдання полягає в наступному: Накреслити розрахункову схему випрямляча з урахуванням індуктивностей розсіювання й постійності струму навантаження. Скласти систему диференціальних рівнянь і визначити вирази для розрахунків струмів фаз, що комутують. Скласти рівняння й визначити напругу навантаження під час комутації. Вивести вираз для отримання значення довжини кута комутації та обчислити її для заданих даних. Отримати вираз для зовнішньої характеристики випрямляча з урахуванням процесу комутації. Побудувати часові діаграми для струмів діодів, вихідної напруги випрямляча, а також для напруги живлячої мережі для однієї фази. Отримати зазначені в п. 6 часові діаграми за допомогою комп’ютерної моделі системи живлення випрямляча від мережі скінченої потужності. Таблиця 1 Номер варіанту E2m (В) f (Гц) m Ls (мкГн) I0 (A) 1 400 50 3 200 100 2 400 60 3 200 150 3 400 50 3 200 200 4 400 60 3 200 250 5 400 50 3 200 300 6 400 60 3 200 350 7 500 50 3 180 100 8 500 60 3 180 140 9 500 50 3 180 180 10 500 60 3 180 220 11 500 50 3 180 260 12 500 60 3 180 300 13 600 50 3 165 100 14 600 60 3 165 130 15 600 50 3 165 160 16 600 60 3 165 190 17 600 50 3 165 220 18 600 60 3 165 250 19 650 50 3 240 100 20 650 60 3 240 150 21 650 50 3 240 200 22 650 60 3 240 250 23 650 50 3 240 300 24 650 60 3 240 350 25 700 50 3 270 50 26 700 60 3 270 100 27 700 50 3 270 160 28 700 60 3 270 210 29 700 50 3 270 240 30 700 60 3 270 280 31 800 50 6 300 50 32 800 60 6 300 100 33 800 50 6 300 150 34 800 60 6 300 200 35 800 50 6 300 250 36 800 60 6 300 300 37 420 50 3 200 100 38 420 60 3 200 150 39 420 50 3 200 200 40 420 60 3 200 250 41 420 50 3 200 300 42 420 60 3 200 350 43 550 50 3 180 100 44 550 60 3 180 140 45 550 50 3 180 180 46 550 60 3 180 220 47 550 50 3 180 260 48 550 60 3 180 300 49 660 50 3 165 100 50 660 60 3 165 130 51 660 50 3 165 160 52 660 60 3 165 190 53 660 50 3 165 220 54 660 60 3 165 250 55 680 50 3 240 100 56 680 60 3 240 150 57 680 50 3 240 200 58 680 60 3 240 250 59 680 50 3 240 300 60 680 60 3 240 350 61 720 50 3 270 50 62 720 60 3 270 100 63 720 50 3 270 160 64 720 60 3 270 210 65 720 50 3 270 240 66 720 60 3 270 280 67 840 50 6 300 50 68 840 60 6 300 100 69 840 50 6 300 150 70 840 60 6 300 200 71 840 50 6 300 250 72 840 60 6 300 300 ^ 4. ПРАВИЛА ОФОРМЛЕННЯ РОЗРАХУНКОВО-ГРАФІЧНОЇ РОБОТИ Обкладинку роботи виконують з аркуша напівватману розміром 430х300 мм., що згортається таким чином, щоб товщина зшитої роботи дорівнювала 5 мм. На титульній сторінці проставляють надписи за допомогою чорної туші креслярським шрифтом: ^ МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ХАРКІВСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ МІСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА КАФЕДРА ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ МІСТ ^ РОЗРАХУНКОВО-ГРАФІЧНА РОБОТА з дисципліни "Енергетична електроніка" Виконав (підпис студента) студент групи ЕСЕ-5 Онопрієнко М.В. Прийняв проф. Ягуп В.Г. Харків – 2006 Роботу виконують на стандартних аркушах білого паперу А4 темною пастою (чорна, темносиня або темнофіолетова) шрифтом, близьким до креслярського. Рисунки й схеми виконують за допомогою креслярських засобів згідно з ГОСТами. На першій сторінці (її не нумерують) наводять умови завдання. Друга сторінка являє собою зміст роботи, де крім пунктів, наведених у вказівках до порядку виконання завдання, повинні бути розділи: Вступ, Висновки, Список лиітератури. Ці розділи не нумерують. Список літератури повинен бути складений відповідно до ГОСТу, а посилання на літературу треба наводити у тексті роботи у квадратних дужках. Результати, отримані на комп’ютері, надають у вигляді твердих копій (роздруковок). Робота повинна бути скріплена за допомогою степлера. Захист роботи кожний студент здійснює індивідуально. ^ СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ Руденко В.С., Сенько В.И., Чиженко И.М. Преобразовательная техника.  Киев: Вища школа, 1983. 431 с. Справочник по преобразовательной технике./ Под ред. И. М. Чиженко. Киев, Техника, 1978. 524 с. Энергетическая электроника /Справочное пособие. под ред. В.А.Лабунцова. М.:Энергоатомиздат, 1987. 464 с. Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характеристики, применение.   М.: Издательский дом "ДОДЭКА-ХХI", 2005.  384 с. Ягуп В.Г. Автоматизированный расчет тиристорных схем. -Харьков: Вища школа, 1986.- 160 с. Полупроводниковые выпрямители./ Беркович Е.И., Ковалев В.Н., Ковалев Ф.И. и др.; Под ред. Ф.И. Ковалева.- М: Энергия, 1978.- 448 с. Ривкин Г.А. Преобразовательные устройства. - М.: Энергия, 1980.- 544 с. Щербачев О.В. и др. Применение цифровых вычислительных машин в электроэнергетике: Учебное пособие для вузов.- Л.: Энергия,1980.-240 . Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 320 с. Маевский О.А. Энергетические показатели вентильных преобразователей.   М.: Энергия, 1978.- 320 с. Электрические системы и сети . Н.В.Буслова, В.Н.Винославский, Г.И.Денисенко, В.С.Перхач; / Под ред. Г.И.Денисенко.  К.: Вища школа, 1986.  584 с. ЗМІСТ Стор. 1. Загальні вказівки 3 2. Робоча програма й методичні вказівки до вивчення тем дисципліни. 4 2.1. Вступ. 4 2.2. Напівпровідникові вентилі. 5 2.3. Методи аналізу і розрахунків пристроїв енергетичної електроніки. 7 2.4. Випрямлячі й ведені мережею інвертори. 9 2.5. Перетворювачі постійної та змінної напруги. 12 2.6. Автономні інвертори й перетворювачі частоти. 14 2.7. Вплив перетворювальних пристроїв на електроенергетичні системи 16 2.8 .Комп’ютерне моделювання пристроїв енергетичної електроніки 18 3. Завдання для розрахунково-графічної роботи й вказівки до її виконання 20 4. Правила оформлення розрахунково-графічної роботи 23 Список літератури.. 25 Навчальне видання Енергетична електроніка. Робоча програма, методичні вказівки до вивчення дисципліни та контрольні завдання (для студентів заочної форми навчання спец. 7.090603- "Електротехнічні системи електроспоживання") Укладач: Валерій Григорович Ягуп Редактор З.М.Москаленко Комп’ютерний набір В.Г.Ягуп План 2007, поз. 531 ____________________________________________________________________ Підп. до друку 15.05.2007 Формат 60х84 1/16 Папір офісний Друк на ризографі Умовн.-друк. арк. 1,1 Обл.-вид. арк. 1,6 Замовл. № Тираж 150 прим. ___________________________________________________________________61002, Харків, ХНАМГ, вул. Революції, 12 ____________________________________________________________________Сектор оперативної поліграфії ІОЦ ХНАМГ ____________________________________________________________________61002, Харків, вул. Революції, 12

Схожі:

	Міністерство освіти І науки україни харківська національна академія міського господарства математичні задачі електроенергетики робоча програма, методичні вказівки до вивчення дисципліни та контрольні завдання Математичні задачі електроенергетики: робоча програма, методичні вказівки до вивчення дисципліни та контрольні завдання (для студентів...		Міністерство освіти І науки, молоді та спорту україни національна металургійна академія україни робоча програма, методичні вказівки та контрольні завдання до вивчення дисципліни “Системи технологій” для студентів за напрямом 030601 Робоча програма, методичні вказівки та контрольні завдання до вивчення дисципліни ”Системи технологій” для студентів за напрямом...
	Міністерство освіти І науки України Харківська національна академія міського господарства В. В. Масловський Програма та робоча програма навчальної дисципліни «Спецкурс за напрямом профілізації» Міністерство освіти І науки України Харківська національна академія міського господарства		Міністерство освіти І науки України Харківська національна академія міського господарства В. В. Масловський Програма та робоча програма навчальної дисципліни «Спецкурс за напрямом спеціалізації» Міністерство освіти І науки України Харківська національна академія міського господарства
	Міністерство освіти І науки україни національна металургійна академія україни робоча програма, методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни «Філософія» Робоча програма, методичні вказівки тa індивідуальні завдання до вивчення дисципліни «Філософія» для студентів усіх спеціальностей...		Міністерство освіти І науки україни харківська національна академія міського господарства в.І. Заіченко методичні вказівки До виконання самостійної роботи І контрольні завдання з навчальної дисципліни «основи охорони праці» для студентів 5 курсу заочної...
	Міністерство освіти І науки україни харківська національна академія міського господарства Методичні вказівки до самостійного вивчення дисципліни “Основи маркетингу” та виконання контрольних завдань		Міністерство освіти та науки україни національна металургійна академія україни програма, методичні вказівки та контрольні завдання з дисципліни Програма, методичні вказівки та контрольні завдання з дисципліни “Металургійні основи легування та модифікування чорних металів”...
	Міністерство освіти І науки? Молоді та спорту україни харківська національна академія міського господарства Методичні вказівки з самостійного вивчення дисципліни, практичних занять І виконання контрольних робіт з дисципліни		Міністерство освіти та науки україни національна металургійна академія україни програма, методичні вказівки та контрольні завдання з дисципліни Програма, методичні вказівки та контрольні завдання з дисципліни “Виробництво виливків з кольорових металів” для студентів заочної...