Структурный синтез многофазных вентильных преобразователей

Министерство образования и науки Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

С.А. ЕВДОКИМОВ, Н.И. ЩУРОВ

СТРУКТУРНЫЙ СИНТЕЗ МНОГОФАЗНЫХ 

ВЕНТИЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Монография

НОВОСИБИРСК

2010

УДК 621.314.27

Е 155

Рецензенты:

Б.Ф. Симонов, руководитель НПЦ силовой электроники 
НПО «ЭЛСИБ» ОАО, д-р техн. наук, академик РАЕН;

Г.С. Зиновьев, д-р техн. наук, профессор 

кафедры «Промышленная электроника», НГТУ

Евдокимов С.А.

Е 155
Структурный синтез многофазных вентильных преобразова
телей : монография / С.А. Евдокимов, Н.И. Щуров. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2010. – 423 с. (Серия «Монографии 
НГТУ»).

ISBN 978-5-7782-1406-4

Теоретические исследования, представленные в монографии, по
священы разработке методов структурного синтеза и схемотехнического анализа вентильных преобразователей переменного тока в постоянный. Описаны процедуры нескольких методов синтеза вентильных схем и геометрические правила генерации схемных решений 
трансформаторных преобразователей числа фаз. Отражена история 
развития схемотехники выпрямителей и дана топологическая классификация вентильных преобразователей, учитывающая современный 
уровень топологических исследований. Основным объектом приложения для разработанной теории структурного синтеза выбран преобразовательный комплекс электрического транспорта.

Книга предназначена для инженерно-технических работников про
ектных и научных организаций, конструкторских бюро, специалистов 
промышленности, связанных с разработкой, изготовлением и эксплуатацией преобразовательной техники и систем электроснабжения постоянного тока. Она может быть рекомендована для преподавателей, 
студентов, магистрантов и аспирантов различных специальностей.    

УДК 621.314.27

ISBN 978-5-7782-1406-4
© Евдокимов С.А., Щуров Н.И., 2010
© Новосибирский государственный

технический университет, 2010

Ministry of Science and Education of the Russian Federation 

NOVOSIBIRSK STATE TECHNICAL UNIVERSITY

S.A. EVDOKIMOV, N.I. SHCHUROV

STRUCTURAL SYNTHESIS 

OF MULTIPHASE VALVE CONVERTERS

Monograph 

NOVOSIBIRSK

2010

UDK 621.314.27

Е 155

Reviewers:

B.F. Simonov, SPA “ELSIB”, plc, the power electronics research 

and production centre, head,  D.Sc.(Eng.), academician 

of the Russian Academy of Natural Sciences

Prof. G.S. Zinoviev, D.Sc. (Eng.), 

Industrial Electronics department, NSTU

Evdokimov S.A.

Е 155
Structural synthesis of multiphase valve converters : monograph / 

S.A. Evdokimov, N.I. Shchurov. – Novosibirsk : NSTU Publisher, 
2010. – 423 pp.  (“NSTU Monographs” series)

ISBN 978-5-7782-1406-4

The theoretical research presented in the monograph is concerned with 

developing methods of structural synthesis and circuit analysis of ac/dc 
valve converters. Some methods of valve circuit synthesis and geometric 
rules of the phase transformer converter circuit design are described. The 
history of the rectifier circuitry development is presented and a topological 
classification of valve converters with due regard to the state-of-the-art topological research is given. An electric transport converter complex is chosen to illustrate an application of the proposed structural synthesis 
theory.

The book is intended for engineers working in R&D organizations and 

construction departments, specialists involved in developing, manufacturing and operating converter installations and d. c. power supply systems. 
It can also be recommended to university teachers as well as to undergraduate, graduate and postgraduate students in various fields of specialization.

UDK 621.314.27

ISBN 978-5-7782-1406-4
© Evdokimov S.A., Shchurov N.I., 2010
© Novosibirsk State Technical University, 2010

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АД – асинхронный двигатель
АФП – амплитудно-фазовый портрет 
ВА – выпрямительный агрегат 
ВЛ – воздушная линия
ВО – вентильная (вторичная) обмотка 
ВРВН – вектор результирующего выпрямляемого напряжения
ВС – вентильная схема 
ГЭТ – городской электрический транспорт
ДПТ – двигатель постоянного тока 
ДЭДС – диагональная электродвижущая сила
ж.-д. – железнодорожный
ЛЭП – линия электропередачи
МВВД – метод вращающихся векторных диаграмм
МВД – метод временны´ х диаграмм
ОПН – ограничитель перенапряжения нелинейный
ОРУ – открытое распределительное устройство
ПА – преобразовательный агрегат
ПУЭ – Правила устройства электроустановок
ПЭ – преобразовательный элемент
РТ – рабочая точка
СД – сглаживающий дроссель
СПП – силовой полупроводниковый прибор
СЭС – система электроснабжения
ТП – тяговая подстанция
ТПЧ(С)Ф – трансформаторный преобразователь числа (и сдвига) фаз
ТЭД – тяговый электрический двигатель
УЗ – устройство защиты 
УР – уравнительный реактор 
ФС – фазосдвинутый
ЭЖД – электрифицированная железная дорога
ЭПС – электроподвижной состав

ПРЕДИСЛОВИЕ

бласть науки и техники, связанная с проблемами преобразования электрической энергии из одного ее вида в другой, по
лучила название преобразовательной техники. Электропреобразовательная техника в системах электроснабжения и системах управления 
подвижного состава электрического транспорта является основным, 
точнее сказать, доминирующим звеном, определяющим технический 
уровень транспортной системы в целом. 

К основным видам преобразования электрической энергии на элек
трическом транспорте относятся выпрямление; преобразование числа 
фаз и инвертирование.

1. Выпрямление – преобразование энергии переменного тока в 

энергию постоянного тока. Этот вид преобразования оценивается в 
общем объеме вырабатываемой в мире электрической энергии переменного тока тем, что более 30 % ее доходит до потребителя на постоянном токе. На электрифицированном электрическом транспорте выпрямление преобладает над другими видами преобразования. Так, из 
240 тыс. км электрических железных дорог мира 43 % электрифицированы на постоянном токе, существенна доля такого вида преобразования на электроподвижном составе (ЭПС) переменного тока.

Практически весь городской электрический транспорт и метро 

электрифицированы на постоянном токе. С учетом того, что расход 
электроэнергии на городском электрическом транспорте и метрополитене превышает расход электроэнергии на железнодорожном транспорте, выпрямление переменного тока – это основной вид преобразования в электротранспортной системе мира. Уместно напомнить, что в 

О