Dispozitive convertoare în sistemele de alimentare

Energia electrică este generată în centrale electrice și distribuită în principal sub formă de curent alternativ cu o frecvență de alimentare. Un număr mare totuși consumatorii de energie electrică în industrie necesită alte tipuri de energie electrică pentru alimentarea sa.

Cel mai adesea necesar:

• DC. (bai electrochimice si de electroliza, actionare electrica in curent continuu, dispozitive electrice de transport si ridicare, aparate electrice de sudura);

• curent alternativ frecvență neindustrială (încălzire prin inducție, convertizor de curent alternativ cu viteză variabilă).

În acest sens, devine necesară transformarea curentului alternativ în curent continuu (redresat) sau la transformarea curentului alternativ de o frecvență în curent alternativ de altă frecvență. În sistemele de transmisie a energiei electrice, într-un tiristor DC, este nevoie de a converti curentul continuu în curent alternativ (inversarea curentului) în punctul de consum.

Aceste exemple nu acoperă toate cazurile în care este necesară conversia energiei electrice de la un tip la altul.Mai mult de o treime din toată energia electrică produsă este transformată într-un alt tip de energie, motiv pentru care progresul tehnic este în mare măsură legat de dezvoltarea cu succes a dispozitivelor de conversie (echipamente de conversie).

Clasificarea dispozitivelor de conversie a tehnologiei

Principalele tipuri de dispozitive de conversie

Ponderea dispozitivelor tehnologice de conversie în balanța energetică a țării ocupă un loc semnificativ. Avantajele convertoarelor cu semiconductori, în comparație cu alte tipuri de convertoare, sunt incontestabile. Principalele avantaje sunt următoarele:

— Convertoarele semiconductoare au caracteristici ridicate de reglare și energie;

— au dimensiuni și greutate reduse;

— funcționare simplă și fiabilă;

— asigură comutarea fără contact a curenților în circuitele de alimentare cu energie.

Datorită acestor avantaje, convertoarele semiconductoare sunt utilizate pe scară largă: metalurgia neferoasă, industria chimică, transportul feroviar și urban, metalurgia feroasă, inginerie mecanică, energie și alte industrii.

Vom oferi definiții ale principalelor tipuri de dispozitive de conversie.

Redresor Este un dispozitiv pentru transformarea tensiunii AC în tensiune DC (U ~ → U =).

Un invertor se numește dispozitiv pentru transformarea tensiunii continue în tensiune alternativă (U = → U ~).

Un convertor de frecvență servește pentru a converti o tensiune alternativă de o frecvență într-o tensiune alternativă de altă frecvență (Uf1→Uf2).

Un convertor (regulator) de tensiune AC este proiectat pentru a schimba (regla) tensiunea furnizată sarcinii, de exemplu. convertește tensiunea AC a unei cantități în tensiunea AC a unei alte cantități (U1 ~ → U2 ~).

Iată cele mai utilizate tipuri de dispozitive de conversie a tehnologiei... Există o serie de dispozitive de conversie concepute pentru a converti (regla) mărimea curentului continuu, numărul de faze ale convertorului, forma curbei tensiunii etc.

Scurte caracteristici ale dispozitivelor de conversie a bazei elementului

Toate dispozitivele de conversie, concepute pentru scopuri diferite, au un principiu comun de funcționare, care se bazează pe pornirea și oprirea periodică a supapelor electrice. În prezent, dispozitivele semiconductoare sunt folosite ca supape electrice. Cele mai utilizate diode, tiristoare, triace și tranzistoare de puterefuncționează în modul cheie.

1. Diode Reprezintă elemente cu doi electrozi ale unui circuit electric cu conductivitate unilaterală. Conductanța unei diode depinde de polaritatea tensiunii aplicate. În general, diodele sunt împărțite în diode de putere mică (curentul mediu admisibil Ia ≤ 1A), diode de putere medie (adăugând Ia = 1 — 10A) și diode de mare putere (adăugând Ia ≥ 10A). În funcție de scopul lor, diodele sunt împărțite în frecvență joasă (fadd ≤ 500 Hz) și frecvență înaltă (fdop> 500 Hz).

Parametrii principali ai diodelor redresoare sunt cel mai mare curent mediu redresat, Ia adiție, A și cea mai mare tensiune inversă, Ubmax, B, care poate fi aplicată diodei pentru o lungă perioadă de timp fără pericolul de a perturba funcționarea acesteia.

În convertoarele de putere medie și mare Aplicați diode puternice (avalanșă). Aceste diode au unele caracteristici specifice, deoarece funcționează la curenți mari și tensiuni inverse mari, rezultând o eliberare semnificativă a puterii în joncțiunea p-n.Prin urmare, aici ar trebui furnizate metode eficiente de răcire.

O altă caracteristică a diodelor de putere este necesitatea de a proteja împotriva supratensiunilor pe termen scurt rezultate din căderile bruște de sarcină, comutarea și moduri de urgență.

Protecția diodei de alimentare împotriva supratensiunii constă în transferul unei posibile defecțiuni electrice p-n — o tranziție de la suprafețe la suprafață. În acest caz, defecțiunea are caracter de avalanșă, iar diodele se numesc avalanșă. Astfel de diode sunt capabile să treacă un curent invers suficient de mare fără a supraîncălzi zonele locale.

La dezvoltarea circuitelor dispozitivelor convertoare, poate fi necesar să se obțină un curent redresat care depășește valoarea maximă admisă a unei singure diode. În acest caz, conexiunea paralelă a diodelor de același tip este utilizată cu adoptarea de măsuri de egalizare a curenților constanti ai dispozitivelor incluse în grup. Pentru a crește tensiunea inversă totală admisă, se utilizează conexiunea în serie a diodelor. În același timp, sunt prevăzute măsuri pentru a exclude distribuția neuniformă a tensiunii inverse.

Principala caracteristică a diodelor semiconductoare este caracteristica curent-tensiune (VAC). Structura semiconductoarelor și simbolul diodei sunt prezentate în Fig. 1, a, b. Ramura inversă a caracteristicii curent-tensiune a diodei este prezentată în Fig. 1, c (curba 1 — I — V caracteristică unei diode de avalanșă, curba 2 — I — V caracteristică unei diode convenționale).

Orez. 1 — Simbol și ramura inversă a caracteristicii curent-tensiune a diodei.

Tiristoare Este un dispozitiv semiconductor cu patru straturi cu două stări stabile: o stare de conductivitate scăzută (tiristor închis) și conductivitate ridicată (tiristor deschis). Trecerea de la o stare stabilă la alta se datorează acțiunii factorilor externi. Cel mai adesea, pentru a debloca un tiristor, acesta este afectat de tensiune (curent) sau lumină (fototiristoare).

Distingeți tiristoarele cu diodă (dinistori) și electrodul de control al tiristoarelor cu triodă. Acestea din urmă sunt împărțite în cu un singur nivel și pe două niveluri.

La tiristoarele cu acțiune simplă, numai operația de oprire a tiristoarelor este efectuată pe circuitul porții. Tiristorul intră în starea deschisă cu o tensiune anodică pozitivă și prezența unui impuls de control pe electrodul de control. Prin urmare, principala trăsătură distinctivă a tiristorului este posibilitatea unei întârzieri arbitrare în momentul declanșării sale în prezența unei tensiuni directe pe acesta. Blocarea unui tiristor cu o singură operație (precum și a unui dinistor) se realizează prin schimbarea polarității tensiunii anod-catod.

Tiristoarele duble permit circuitului de control să deblocheze și să blocheze tiristorul. Blocarea se realizează prin aplicarea unui impuls de control cu ​​polaritate inversă la electrodul de control.

Trebuie remarcat faptul că industria produce tiristoare cu acțiune simplă pentru curenți admisibili de mii de amperi și tensiuni admisibile ale unei unități de kilovolți. Tiristoarele cu dublă acțiune existente au curenți admisibili semnificativ mai mici decât cei cu acțiune simplă (unități și zeci de amperi) și tensiuni admisibile mai mici. Astfel de tiristoare sunt utilizate în echipamentele de releu și în dispozitivele de convertizor de putere redusă.

În fig.2 prezintă denumirea convențională a tiristorului, schema structurii semiconductoare și caracteristica curent-tensiune a tiristorului. Literele A, K, UE desemnează, respectiv, ieșirile elementului de control anod, catod și tiristor.

Principalii parametri care determină alegerea unui tiristor și funcționarea acestuia în circuitul convertor sunt: ​​curent direct admisibil, Ia aditiv, A; tensiune directă admisibilă în stare închisă, Ua max, V, tensiune inversă admisibilă, Ubmax, V.

Tensiunea maximă directă a tiristorului, ținând cont de capacitățile de funcționare ale circuitului convertor, nu trebuie să depășească tensiunea de operare recomandată.

Orez. 2 — Simbol tiristor, diagrama structurii semiconductoare și caracteristica curent-tensiune tiristor

Un parametru important este curentul de menținere al tiristorului în stare deschisă, Isp, A, este curentul minim direct, la valori mai mici ale cărui tiristor se oprește; parametrul necesar pentru a calcula sarcina minimă admisă a convertorului.

Alte tipuri de dispozitive de conversie

Triacurile (tiristoarele simetrice) conduc curentul în ambele direcții. Structura semiconductoare a unui triac conține cinci straturi semiconductoare și are o configurație mai complexă decât tiristorul. Folosind o combinație de straturi p și n se creează o structură semiconductoare în care, la polarități de tensiune diferite, sunt îndeplinite condițiile corespunzătoare ramurii directe a caracteristicii curent-tensiune a tiristorului.

Tranzistoare bipolarefuncționează în modul cheie.Spre deosebire de tiristorul bi-operațional din circuitul principal al tranzistorului, este necesar să se mențină un semnal de control pe întreaga stare de conducere a comutatorului. Un comutator complet controlabil poate fi realizat cu un tranzistor bipolar.

Ph.D. Kolyada L.I.