Конверторни устройства в системи за захранване

Електрическата енергия се генерира в електроцентрали и се разпределя главно под формата на променлив ток с честота на захранване. Голям брой обаче потребители на електроенергия в промишлеността изисква други видове електричество за захранването си.

Най -често се изисква:

• D.C. (електрохимични и електролизни вани, електрическо задвижване с постоянен ток, електрически транспортни и повдигащи устройства, електрически заваръчни устройства);

• променлив ток непромишлена честота (индукционно нагряване, променливотоково задвижване с променлива скорост).

В тази връзка става необходимо да се трансформира променлив ток към постоянен (коригиран) ток или при преобразуване на променлив ток на една честота в променлив ток на друга честота. В системите за предаване на електрическа енергия, в тиристорно DC задвижване, има нужда от преобразуване на постоянен ток в променлив ток (инверсия на тока) в точката на потребление.

Тези примери не обхващат всички случаи, когато се изисква преобразуване на електрическа енергия от един тип в друг. Повече от една трета от цялата произведена електроенергия се превръща в друг вид енергия, поради което техническият прогрес е до голяма степен свързан с успешното развитие преобразуващи устройства (преобразуващо оборудване).

Класификация на устройствата за преобразуване на технологии

Основните видове преобразуващи устройства

Делът на преобразуващите технологични устройства в енергийния баланс на страната заема значително място. Предимства полупроводникови преобразуватели, в сравнение с други видове преобразуватели, са неоспорими. Основните предимства са следните:

— Полупроводниковите преобразуватели имат висока регулация и енергийни характеристики;

— имат малки размери и тегло;

— проста и надеждна в експлоатация;

— осигуряват безконтактно превключване на токове в захранването вериги.

Благодарение на тези предимства полупроводник преобразувателите са широко използвани: цветна металургия, химическа промишленост, железопътен и градски транспорт, черна металургия, машиностроене, енергетика и други индустрии.

Ще дадем дефиниции на основните видове преобразуващи устройства.

Токоизправител Представлява устройство за преобразуване на променливо напрежение в DC напрежение (U ~ → U =).

Инвертор се нарича устройство за преобразуване на постоянно напрежение в променливо напрежение (U = → U ~).

Честотен преобразувател служи за преобразуване на променливо напрежение на една честота в променливо напрежение на друга честота (Uf1→ Uf2).

Преобразувател на променливо напрежение (регулатор) е проектиран да променя (регулира) напрежението, подавано към товара, т.е. преобразува променливотоково напрежение на едно количество в променливо напрежение на друго количество (U1 ~ → U2 ~).

Ето кои са най -широко използваните видове устройства за преобразуване на технологии… Има редица преобразуващи устройства, предназначени за преобразуване (регулиране) на величината на постоянен ток, броя на фазите на преобразувателя, формата на кривата на напрежението и т.н.

Кратки характеристики на елементната база преобразуващи устройства

Всичко преобразуващи устройства, проектирани за различни цели, имат общ принцип на действие, който се основава на периодично включване и изключване на електрически клапани. Понастоящем полупроводниковите устройства се използват като електрически клапани. Най -широко използваните диоди, тиристори, триаци и силови транзисториработи в ключов режим.

1. Диоди Представляват двуелектродни елементи на електрическа верига с едностранна проводимост. Проводимостта на диода зависи от полярността на приложеното напрежение. Обикновено диодите се разделят на диоди с ниска мощност (допустим среден ток Ia ≤ 1A), диоди със средна мощност (добавяне на Ia = 1 — 10A) и диоди с висока мощност (добавяне на Ia ≥ 10А). Според предназначението си диодите се разделят на нискочестотни (fadd ≤ 500 Hz) и високочестотни (fdop> 500 Hz).

Основните параметри на токоизправителните диоди са най -висок среден коригиран ток, Ia добавяне, A, и най -високо обратно напрежение, Ubmax, B, които могат да се прилагат върху диода за дълго време без опасност от нарушаване на работата му.

В преобразуватели със средна и висока мощност Приложи мощни (лавинови) диоди. Тези диоди имат някои специфични характеристики, тъй като работят при високи токове и високи обратни напрежения, което води до освобождаване на значителна мощност в p-н — преход. Така че тук трябва да се осигурят ефективни методи за охлаждане.

Друга особеност на мощните диоди е необходимостта да се предпазват от краткосрочни пренапрежения, възникващи от внезапни спадове на натоварването, превключване и аварийни режими.

Защитата на диода за захранване от пренапрежение се състои в прехвърляне на евентуална електрическа повреда p-н — преход от повърхностни площи към обемни. В този случай разбивката има лавинен характер, а диодите се наричат ​​лавинови. Такива диоди са в състояние да преминат достатъчно голям обратен ток, без да прегряват локалните области.

При разработване на схеми на преобразуващи устройства може да се наложи получаване на коригиран ток, надвишаващ максимално допустимата стойност на един диод. В този случай се използва паралелното свързване на диоди от същия тип с приемането на мерки за изравняване на постоянните токове на устройствата, включени в групата. За да се увеличи общото допустимо обратно напрежение, се използва последователно свързване на диоди. В същото време са предвидени и мерки за изключване на неравномерното разпределение на обратното напрежение.

Основната характеристика на полупроводниковите диоди е характеристиката на токово напрежение (VAC). Полупроводниковата структура и символът на диода са показани на фиг. 1, а, б. Обратният клон на характеристиката ток-напрежение на диода е показан на фиг. 1, c (крива 1 — I — V характеристика на лавинен диод, крива 2 — I — V характеристика на конвенционален диод).

Ориз. 1 — Символ и обратен клон на характеристиката ток -напрежение на диода.

Тиристори Представлява четирислойно полупроводниково устройство с две стабилни състояния: състояние на ниска проводимост (тиристорен затворен) и високопроводим (тиристорен отворен). Преходът от едно стабилно състояние в друго се дължи на действието на външни фактори. Най -често, за да отключите тиристор, той се влияе от напрежение (ток) или светлина (фототиристори).

Разграничете диодни тиристори (динистори) и триодни тиристорис управляващ електрод. Последните се делят на едностепенни и двустепенни.

При тиристори с едно действие, само операцията по отключване на тиристора се извършва по веригата на портата. Тиристорът преминава в отворено състояние с положително анодно напрежение и наличие на управляващ импулс върху управляващия електрод. Следователно основната отличителна черта на тиристора е възможността за произволно забавяне в момента на изстрелването му при наличието на напрежение напред върху него. Заключването на тиристор с една операция (както и на динистор) се извършва чрез промяна на полярността на напрежението анод-катод.

Тиристори с двойна работа позволяват на веригата за управление както отключване, така и заключване на тиристора. Заключването се извършва чрез прилагане на контролен импулс с обратна полярност към управляващия електрод.

Трябва да се отбележи, че индустрията произвежда тиристори с едно действие за допустими токове на хиляди ампера и допустими напрежения на единица киловолта. Съществуващите двуоперационни тиристори имат значително по-ниски допустими токове от тези с едно действие (единици и десетки ампера) и по-ниски допустими напрежения. Такива тиристори се използват в релейно оборудване и в преобразуващи устройства с ниска мощност.

На фиг. 2 показва конвенционалното обозначение на тиристора, схемата на полупроводниковата структура и характеристиката на токово напрежение на тиристора. Буквите A, K, UE съответно означават изходите на анодния, катодния и тиристорния управляващ елемент.

Основните параметри, които определят избора на тиристор и неговата работа в схемата на преобразувателя, са: допустим ток напред, Ia добавка, A; допустимо напрежение напред в затворено състояние, Ua max, V, допустимо обратно напрежение, Ubmax, V.

Максималното напрежение напред на тиристора, като се вземат предвид възможностите за работа на веригата на преобразувателя, не трябва да надвишава препоръчаното работно напрежение.

Ориз. 2 — Тиристорен символ, диаграма на полупроводниковата структура и характеристика на токово напрежение на тиристора

Важен параметър е задържащ ток на тиристора в отворено състояние, Isp, A, е минималният ток напред, при по -ниски стойности на който тиристорът се изключва; параметър, необходим за изчисляване на минимално допустимото натоварване на преобразувателя.

Други видове преобразуващи устройства

Триаци (симетрични тиристори) провеждат ток в двете посоки. Полупроводниковата структура на триак съдържа пет полупроводникови слоя и има по -сложна конфигурация от тиристора. Използване на комбинация от p- и н-слоевете създават полупроводникова структура, в която при различни полярности на напрежението се изпълняват условията, съответстващи на директния клон на токово-напрежената характеристика на тиристора.

Биполярни транзисториработи в ключов режим. За разлика от двуоперационния тиристор в основната верига на транзистора, е необходимо да се поддържа управляващ сигнал през цялото проводимо състояние на превключвателя. С биполярен транзистор може да се реализира напълно контролируем превключвател.

Доцент доктор. Коляда Л.И.