Предисловие........................................................................................................ 5
Г л а в а 1. Научно-технические и методологические основы исследования устройств силовой электроники.................................... 13
1.1. Системный подход к анализу устройств силовой электроники......... 13
1.2. Энергетические показатели качества преобразования энергии в вентильных преобразователях.................................................................... 16
1.2.1. Энергетические показатели качества электромагнитных про-
цессов....................................................................................... 16
1.2.2. Энергетические показатели качества использования преоб-
разовательного устройства и его элементов......................... 19
1.3. Элементная база вентильных преобразователей ................................. 22
1.3.1. Силовые полупроводниковые приборы ................................... 22
1.3.2. Трансформаторы и реакторы.................................................... 32
1.3.3. Конденсаторы............................................................................. 33
1.4. Виды вентильных преобразователей электрической энергии............ 35
1.5. Методы расчета энергетических показателей преобразователей....... 39
1.5.1. Математические модели вентильных преобразователей........ 39
1.5.2. Методы расчета энергетических показателей преобразовате-
лей............................................................................................. 40
1.6. Компьютерные программы математического моделирования и анализа устройств силовой электроники .................................................. 56
1.6.1. Обзор существующих программных продуктов .................... 56
1.6.2. Описание программы ParGraph ............................................... 59
Контрольные вопросы........................................................................................ 68
Упражнения......................................................................................................... 69
Г л а в а 2.  Теория преобразования переменного тока в постоянный
при идеальных параметрах преобразователя......................... 70
2.1. Выпрямитель как система. Основные определения и обозначения 70
2.2. Механизм преобразования переменного тока в выпрямленный в базовой ячейке ДТ/ОТ.............................................................................. 75
2.3. Двухфазный выпрямитель однофазного тока (т1 = 1, т2 = 2, q = 1) . 80
2.4. Выпрямитель однофазного тока по мостовой схеме (т1 = т2 = 1,
q = 2) ...................................................................................................... 88
2.5. Выпрямитель трехфазного тока со схемой соединения обмоток трансформатора треугольник-звезда с нулевым выводом (т1 =т2 = 3,
q = 1) ...................................................................................................... 90
2.6. Выпрямитель трехфазного тока со схемой соединения обмоток трансформатора звезда - зигзаг с нулем (т1 = т2 = 3, q = 1)............. 97
201. Системный подход к анализу устройств силовой электроники
2.7. Шестифазный выпрямитель трехфазного тока с соединением вторичных обмоток трансформатора звезда - обратная звезда с уравнительным реактором (m1 = 3, m2 = 2 х 3, q = 1) ................................      102
2.8. Выпрямитель трехфазного тока по мостовой схеме (m1 = m2 = 3,
q = 2).......................................................................................................      109
2.9. Управляемые выпрямители. Регулировочная характеристика..........      114
Контрольные вопросы ........................................................................................      117
Упражнения .........................................................................................................      118
Г л а в а 3. Теория преобразования переменного тока в постоянный с
учетом реальных параметров элементов преобразователя ..      119
3.1. Процесс коммутации в управляемом выпрямителе с реальным трансформатором. Внешняя характеристика .....................................      120
3.2. Работа выпрямителя на противоЭДС при конечном значении сглаживающей индуктивности ....................................................................      127
3.2.1. Режим прерывистого тока (к 3.2.2. Режим предельно-непрерывного тока (к = 2:i/qm2)................      131
3.2.3. Режим непрерывного тока (к > 2^/qm2) ..................................      131
3.3. Работа выпрямителя с конденсаторным сглаживающим фильтром .      134
3.4. Обращение потока активной мощности в преобразователе. Режим зависимого инвертирования ................................................................      136
3.4.1. Зависимый инвертор однофазного тока (m1 = 1, m2 = 2, q = 1)     137
3.4.2. Зависимый инвертор трехфазного тока (m1 = 3, m2 = 3, q = 1)      143 3.5.* Общая зависимость первичного тока выпрямителя от анодного и
выпрямленного токов (закон Чернышева)..........................................      145
3.6. Спектры первичных токов трансформаторов выпрямителей и зависимых инверторов.................................................................................      149
3.7. Спектры выпрямленного и инвертируемого напряжений вентильного преобразователя ...............................................................................      153
3.8. Оптимизация числа вторичных фаз трансформатора выпрямителя. Эквивалентные многофазные схемы выпрямления ...........................      155
3.9.* Влияние коммутации на действующие значения токов трансформатора и его типовую мощность .........................................................      160
3.10. КПД и коэффициент мощности вентильного преобразователя в режиме выпрямления и зависимого инвертирования ........................      162
3.10.1. Коэффициент полезного действия.........................................      162
3.10.2. Коэффициент мощности .........................................................      164
3.11. Выпрямители на полностью управляемых вентилях .......................      166
3.11.1.* Выпрямитель с опережающим фазовым регулированием 166 3.11.2.* Выпрямитель с широтно-импульсным регулированием
выпрямленного напряжения ..................................................      168
3.11.3. Выпрямитель с принудительным формированием кривой
тока, потребляемого из питающей сети................................      170
3.12. Реверсивный вентильный преобразователь (реверсивный выпрямитель) .................................................................................................      175
3.13. Обратное влияние вентильного преобразователя на питающую
сеть........................................................................................................ 178
Контрольные вопросы........................................................................................ 182
Упражнения......................................................................................................... 183
Г л а в а 4.* Модельный пример проектирования выпрямителя ........... 185
4.1. Выбор схемы выпрямителя (этап структурного синтеза) .................. 186
4.2. Расчет параметров элементов схемы управляемого выпрямителя (этап параметрического синтеза)......................................................... 189
4.2.1. Оценка элементов идеального выпрямителя........................... 190
4.2.2. Расчет выпрямителя с учетом реальных параметров элемен-
тов схемы................................................................................. 193
4.3 Проверка результатов расчета математическим моделированием в
среде Parus-ParGraph............................................................................. 196
Г л а в а 5.* Развитие теоретических методов анализа устройств силовой электроники........................................................................... 200
5.1.** Обобщение прямых методов расчета для моделей вентильных
преобразователей типа вход - выход.............................................. 200
5.1.1. Общие основы метода алгебраизации дифференциальных
уравнений (АДУ1)................................................................... 201
5.1.2. Вторая версия метода алгебраизации дифференциальных
уравнений (АДУ2) ................................................................... 208
5.1.3. Вывод общих выражений для модуля комплексного сопро-
тивления ................................................................................... 211
5.1.4. Методы получения интегральных коэффициентов гармоник 214 5.2. Развитие прямых методов расчета вентильных преобразователей в
пространстве состояний по первой гармонике.................................... 219
5.2.1. Постоянные коэффициенты системной матрицы А................ 221
5.2.2.* Переменные коэффициенты системной матрицы А............. 224
5.3.* Развитие прямых методов расчета энергетических показателей
вентильных преобразователей в пространстве состояний ................. 228
5.4. Прямые методы расчета энергетических показателей в трехфазных
цепях с вентильными преобразователями ........................................... 234
5.5.** Точные решения для норм прямыми методами.............................. 239
5.5.1. Параллельная RL (ЛС)-цепь...................................................... 239
5.5.2. Последовательная RL (RCb^rn............................................... 241
5.5.3. Параллельная RLC-цепь............................................................ 243
5.5.4. Последовательная RLC-цепь..................................................... 244
5.5.5. Цепи VV-го порядка..................................................................... 247
5.6. Дискретные модели вентильных преобразователей ............................ 248
5.6.1. Составление разностных уравнений и их решение для выпрямителя ................................................................................. 248
5.6.2**. Модель широтно-импульсного преобразователя постоянного тока как импульсной системы ....................................... 255
Контрольные вопросы ......................................................................................... 264
Упражнения ......................................................................................................... 265
221. Системный подход к анализу устройств силовой электроники
Г л а в а 6. Электромагнитная совместимость устройств силовой электроники ..........................................................................................     266
6.1. Содержание проблемы электромагнитной совместимости................     266
6.2. Качество электрической энергии в сетях общего пользования..........     271
6.2.1. Система показателей качества электрической энергии и их
нормы .......................................................................................     271
6.2.2. Общая оценка кондуктивного обратного влияния вентиль-
ных преобразователей на питающую сеть............................     280
6.2.3. Определение вкладов нелинейных потребителей в искаже-
ние напряжения питающей сети в точке общего присоединения.........................................................................................     285
6.3. Помехоустойчивость электротехнических и электронных технических систем с устройствами силовой электроники.............................     290
6.4.* Помехоэмиссия устройств силовой электроники..............................     295
6.5.* Особенности стандартов на качество электрической энергии в автономных системах электроснабжения ..............................................     304
6.6.* Проблемы теории мощности при несинусоидальных напряжениях
и токах ....................................................................................................     309
6.6.1. Подход к определению реактивных мощностей .....................     309
6.6.2. Подходы к определению полной мощности и ее составляю-
щих...........................................................................................     314
6.6.3. Способы разложения мгновенной мощности электрической
цепи ..........................................................................................     320
Контрольные вопросы ........................................................................................     329
Упражнения ........................................................................................................     330
Г л а в а 7. Преобразователи постоянного напряжения в постоянное ...     331
7.1. Широтно-импульсные преобразователи постоянного напряжения        332
7.1.1. Схемы широтно-импульсных преобразователей ...................     332
7.1.2. Характеристики ШИП при реальных параметрах элементов      339
7.1.3. Достоинства и недостатки широтно-импульсных преобразо-
вателей ......................................................................................     343
7.2. Преобразователи с управляемым обменом энергии между реактивными элементами схемы ......................................................................     343
7.2.1. Повышающий преобразователь ...............................................     343
7.2.2. Повышающе-понижающие преобразователи ..........................     348
7.2.3. Преобразователи с трансформаторной развязкой входа и вы-
хода ..........................................................................................     355
7.3.* Преобразователи с использованием резонансных явлений LC-кон-
туров .....................................................................................................     357
7.3.1. Квазирезонансный понижающий преобразователь с пере-
ключением при нулевом токе (КРП-ПНТ) ...........................     359
7.3.2. Квазирезонансный понижающий преобразователь с пере-
ключением при нулевом напряжении (КРП-ПНН) .............     362
7.4.* Преобразователи с дозированной передачей энергии в нагрузку ...     364
7.5.* Метод осреднения переменных состояний .......................................     368
Контрольные вопросы ........................................................................................     375
Упражнения .........................................................................................................     376
Г л а в а 8. Преобразователи постоянного напряжения в переменное -
автономные инверторы.............................................................. 377
8.1. Инверторы тока ..................................................................................... 378
8.1.1. Параллельный инвертор тока................................................... 379
8.1.2. Развитие схемотехники инверторов тока................................ 384
8.2. Резонансные инверторы........................................................................ 394
8.2.1. Параллельный и последовательно-параллельный резонанс-
ные инверторы с закрытым входом ..................................... 394
8.2.2. Резонансные инверторы с открытым входом ......................... 396
8.2.3.* Резонансные инверторы с умножением частоты.................. 406
8.3. Инверторы напряжения ........................................................................ 412
8.3.1. Однофазные инверторы напряжения....................................... 412
8.3.2. Базовые схемы трехфазных инверторов напряжения ............ 419
8.3.3. Трехуровневый трехфазный инвертор .................................... 437
8.3.4. Пятиуровневые и m-уровневые инверторы напряжения ....... 439
Контрольные вопросы........................................................................................ 442
Упражнения......................................................................................................... 443
Г л а в а 9. Регуляторы переменного напряжения ..................................... 444
9.1. Классификация регуляторов переменного напряжения...................... 444
9.2. Регуляторы с фазовым способом регулирования ............................... 445
9.2.1. Базовые схемы регуляторов ..................................................... 445
9.2.2. Основные характеристики регуляторов .................................. 448
9.3. Регуляторы с вольтодобавкой .............................................................. 451
9.4. Регуляторы с широтно-импульсным способом регулирования ........ 453
9.4.1. Базовые схемы и способы регулирования .............................. 453
9.4.2. Основные характеристики регуляторов .................................. 456
9.5.* Повышающе-понижающие регуляторы (регуляторы с коэффициентом преобразования по напряжению больше единицы)............... 459
9.5.1. Схемы регуляторов ................................................................... 459
9.5.2. Основные характеристики регуляторов .................................. 463
Контрольные вопросы ........................................................................................ 468
Упражнения ......................................................................................................... 468
Г л а в а 10. Преобразователи переменного тока в переменный - преобразователи частоты................................................................. 469
10.1. Непосредственные преобразователи частоты на вентилях с неполным управлением ................................................................................ 471
10.1.1. Принцип действия преобразователя ...................................... 471
10.1.2. Основные характеристики преобразователя ......................... 477
10.2. Непосредственные преобразователи частоты на вентилях с полным управлением и циклическим методом формирования кривой выходного напряжения ....................................................................... 480
10.2.1. Принцип действия преобразователя ...................................... 480
10.2.2. Основные характеристики преобразователя ......................... 484
10.3.* Непосредственные преобразователи частоты с коэффициентом
преобразования по напряжению больше единицы (повышающие
циклоконвертеры) ............................................................................... 487
241. Системный подход к анализу устройств силовой электроники
Контрольные вопросы........................................................................................ 490
Упражнения......................................................................................................... 491
Г л а в а  11.  Вентильные компенсаторы неактивных составляющих
полной мощности ........................................................................ 492
11.1. Компенсаторы реактивной мощности ............................................... 493
11.1.1. Конденсаторы, коммутируемые тиристорами (ККТ) .......... 493
11.1.2. Реакторы, управляемые тиристорами (РУТ) ........................ 494
11.1.3. Конденсаторно-реакторные   компенсаторы   реактивной мощности ................................................................................. 496
11.1.4.* Компенсаторы с вентильным источником реактивного напряжения .................................................................................. 497
11.2. Компенсаторы мощности искажений - активные фильтры ............ 499
Контрольные вопросы ........................................................................................ 502
Упражнения ......................................................................................................... 503
Г л а в а 12. Методы и системы управления вентильными преобразователями ....................................................................................... 504
12.1. Требования к системам управления................................................... 504
12.2. Многоканальная синхронная разомкнутая система управления «вертикального» типа............................................................................ 508
12.2.1. Структура системы ................................................................. 508
12.2.2. Передаточные характеристики системы ............................... 509
12.3. Одноканальная синхронная система управления вертикального типа ....................................................................................................... 513
12.4. Одноканальная асинхронная система управления непрерывного слежения .............................................................................................. 514
12.5. Особенность управления «узким» импульсом трехфазной мостовой схемой вентильного преобразователя ........................................ 519
12.6. Особенности    управления    преобразователями    с    широтно-импульсным регулированием ............................................................ 520
12.6.1. Системы с вертикальным способом управления ................... 520
12.6.2. Системы со следящим способом управления ........................ 523
12.7.* Особенности управления преобразователями на вентилях с полным управлением при синусоидальной широтно-импульсной модуляции....................................................................................................... 526
12.7.1. Системы вертикального управления с формированием фазных напряжений трехфазного инвертора .............................. 527
12.7.2. Системы  управления  с  регулированием  компонентов обобщенного вектора напряжения (тока) .............................. 535
12.7.3. Системы управления инверторами со слежением за токами 539 12.8.* Системы управления с элементами искусственного интеллекта ... 541
12.8.1. Понятие о нечетких множествах ............................................ 541
12.8.2. Структура системы нечеткого управления ДТ-ОТ преобразователем в системе электропривода постянного тока ....... 543
12.8.3. Системы управления с использованием нейронных сетей ... 549
Контрольные вопросы ........................................................................................ 555
Упражнения ......................................................................................................... 557
Г л а в а  13.  Семейства модифицированных базовых схем устройств
силовой электроники................................................................... 558
13.1. Выпрямители с улучшенным коэффициентом мощности за счет изменения силовой схемы..................................................................... 559
13.1.1. Схема с нулевым вентилем .................................................... 559
13.1.2. Полууправляемые мостовые схемы ...................................... 565
13.1.3. Выпрямители со встречно-параллельным включением вентилей в первичной обмотке трансформатора........................ 569
13.1.4. Выпрямители со ступенчатым регулированием вторичного напряжения.............................................................................. 571
13.1.5. Выпрямители с улучшенным коэффициентом мощности за
счет изменения алгоритма управления ................................. 573
13.2. Выпрямители-умножители и выпрямители-делители напряжения 577
13.2.1. Выпрямители-умножители однофазного напряжения......... 577
13.2.2. Выпрямители-умножители трехфазного напряжения ......... 579
13.2.3.* Выпрямители-делители напряжения................................... 580
13.3. Составные выпрямители с промежуточным звеном высокой частоты 582 13.3.1 *. Подход к формализации поиска структур составных выпрямителей .............................................................................. 582
13.3.2. Выпрямители с высокочастотными инверторами ................ 588
13.3.3.* Выпрямители с высокочастотными регуляторами переменного напряжения .............................................................. 591
13.3.4. Выпрямители с преобразователями постоянного напряжения с управляемым обменом энергией между реактивными
элементами схемы ................................................................... 593
13.4. Выпрямители с коррекцией входного коэффициента мощности ..... 594
13.4.1. Выпрямители однофазного тока ............................................ 595
13.4.2. Выпрямители трехфазного тока ............................................ 598
13.4.3. Улучшение электромагнитной совместимости с сетью классических схем выпрямителей за счет активных фильтров тока .................................................................................... 607
13.5.* Разновидности преобразователей постоянного напряжения в постоянное ............................................................................................... 609
13.6. Развитие схемных решений автономных инверторов ...................... 614
13.6.1. Трехфазные инверторы с дополнительным плечом.............. 614
13.6.2. Составные многоуровневые инверторы................................. 616
13.6.3. Инверторы напряжения с однополярным выходным током 620 13.7.* Разновидности преобразователей частоты с непосредственной
связью (матричных преобразователей).............................................. 623
Контрольные вопросы........................................................................................ 629
Упражнения ......................................................................................................... 630
Литература........................................................................................................... 632
Приложения......................................................................................................... 643
Предметный указатель ........................................................................................ 649
Англо-русский словарь по силовой электронике............................................. 655
Содержание..................................................................... 668