Átalakító eszközök az energiarendszerekben

Az elektromos energiát erőművekben állítják elő, és főként tápfrekvenciás váltakozó áram formájában osztják el. Bár nagy számban villamosenergia-fogyasztók az iparban más típusú villamos energiát igényel az áramellátáshoz.

Leggyakrabban szükséges:

• D.C. (elektrokémiai és elektrolizáló fürdők, egyenáramú elektromos hajtás, elektromos szállító- és emelőberendezések, elektromos hegesztőberendezések);

• váltakozó áram nem ipari frekvencia (indukciós fűtés, változtatható sebességű váltóáramú hajtás).

Ezzel kapcsolatban szükségessé válik a váltóáram egyenárammá (egyenirányított) alakítása, vagy az egyik frekvenciájú váltóáram másik frekvenciájú váltakozó árammá alakítása során. Az elektromos erőátviteli rendszerekben a tirisztoros egyenáramú hajtásban a fogyasztás helyén az egyenáramot váltakozó árammá kell alakítani (áram inverzió).

Ezek a példák nem fednek le minden olyan esetet, amikor az elektromos energia egyik típusról a másikra történő átalakítása szükséges.A megtermelt villamos energia több mint egyharmadát másfajta energiává alakítják át, ezért a technikai fejlődés nagymértékben összefügg az átalakító eszközök (átalakító berendezések) sikeres fejlesztésével.

Technológiai átalakító eszközök osztályozása

Az átalakító eszközök fő típusai

Az ország energiamérlegében jelentős helyet foglal el az átalakító technológiai eszközök aránya. A félvezető konverterek előnyei más típusú konverterekhez képest vitathatatlanok. A fő előnyök a következők:

— A félvezető konverterek magas szabályozási és energiajellemzőkkel rendelkeznek;

— kis méretűek és súlyúak;

– egyszerű és megbízható működés;

— biztosítsa az áramok érintésmentes kapcsolását az áramellátó áramkörökben.

Ezeknek az előnyöknek köszönhetően a félvezető konvertereket széles körben használják: színesfémkohászat, vegyipar, vasúti és városi közlekedés, vaskohászat, gépipar, energia és egyéb iparágak.

Meghatározzuk a konverziós eszközök fő típusait.

Egyenirányító Olyan eszköz, amely a váltakozó feszültséget egyenfeszültséggé alakítja (U ~ → U =).

Az invertert olyan eszköznek nevezzük, amely az egyenfeszültséget váltakozó feszültséggé alakítja (U = → U ~).

A frekvenciaváltó arra szolgál, hogy egy frekvenciájú váltakozó feszültséget egy másik frekvenciájú váltakozó feszültséggé alakítson át (Uf1→Uf2).

Az AC feszültség átalakító (szabályozó) a terhelésre betáplált feszültség megváltoztatására (szabályozására) szolgál, pl. az egyik mennyiség váltakozó feszültségét egy másik mennyiség váltakozó feszültségévé alakítja át (U1 ~ → U2 ~).

Íme a legelterjedtebben használt technológiai átalakító eszközök... Számos olyan átalakító berendezés létezik, amelyek az egyenáram nagyságának, az átalakító fázisszámának, a feszültséggörbe alakjának, stb.

Az elembázis átalakító készülékek rövid jellemzői

Minden más-más célra tervezett átalakító berendezésnek van egy közös működési elve, amely az elektromos szelepek időszakos be- és kikapcsolásán alapul. Jelenleg a félvezető eszközöket elektromos szelepként használják. A legszélesebb körben használt diódák, tirisztorok, triacs és teljesítménytranzisztorokkulcs módban működik.

1. Diódák Egyoldali vezetőképességű elektromos áramkör kételektródás elemeit ábrázolják. A dióda vezetőképessége a rákapcsolt feszültség polaritásától függ. Általában a diódákat kis teljesítményű diódákra (megengedett átlagos áramerősség Ia ≤ 1A), közepes teljesítményű diódákra (Ia = 1–10A hozzáadásával) és nagy teljesítményű diódákra (Ia hozzáadásával ≥ 10A) osztják. Céljuk szerint a diódákat kisfrekvenciás (fadd ≤ 500 Hz) és nagyfrekvenciás (fdop> 500 Hz) diódákra osztják.

Az egyenirányító diódák fő paraméterei a legnagyobb átlagos egyenirányított áram, Ia addíció, A, és a legnagyobb ellenirányú feszültség, Ubmax, B, amelyek hosszú ideig rákapcsolhatók a diódára anélkül, hogy annak működését megzavarnák.

Közepes és nagy teljesítményű konvertereknél Alkalmazzon erős (lavina) diódákat. Ezeknek a diódáknak van néhány sajátos jellemzője, mivel nagy áramerősséggel és nagy fordított feszültséggel működnek, ami jelentős teljesítményleadást eredményez a p-n átmenetben.Tehát itt hatékony hűtési módszereket kell biztosítani.

A teljesítménydiódák másik jellemzője a rövid távú túlfeszültség elleni védelem szükségessége, amely hirtelen terhelésesésből, kapcsolásból és vészhelyzeti módok.

A tápdióda túlfeszültség elleni védelme a lehetséges elektromos meghibásodás p-n átviteléből áll, amely átmenet a felületi területekről a tömegre. Ebben az esetben a meghibásodás lavina jellegű, és a diódákat lavinának nevezik. Az ilyen diódák elegendően nagy fordított áramot képesek átadni a helyi területek túlmelegedése nélkül.

Átalakító eszközök áramköreinek fejlesztésekor szükség lehet egy olyan egyenirányított áram elérésére, amely meghaladja az egyetlen dióda megengedett legnagyobb értékét. Ebben az esetben az azonos típusú diódák párhuzamos csatlakoztatását alkalmazzák a csoportba tartozó eszközök állandó áramának kiegyenlítésére irányuló intézkedések elfogadásával. A teljes megengedett fordított feszültség növelése érdekében a diódák soros csatlakoztatását használják. Ugyanakkor intézkedéseket tesznek a fordított feszültség egyenetlen eloszlásának kizárására.

A félvezető diódák fő jellemzője az áram-feszültség (VAC) karakterisztika. ábrán látható a félvezető szerkezet és a dióda szimbólum. 1, a, b. A dióda áram-feszültség karakterisztikájának fordított ága az ábrán látható. 1, c (lavinadiódára jellemző 1 — I — V görbe, hagyományos diódára jellemző 2 — I — V görbe).

Rizs. 1 — A dióda áram-feszültség karakterisztika szimbóluma és inverz ága.

Tirisztorok Ez egy négyrétegű félvezető eszköz, amelynek két stabil állapota van: alacsony vezetőképességű (tirisztor zárt) és nagy vezetőképességű (nyitott tirisztor). Az egyik stabil állapotból a másikba való átmenet külső tényezők hatásának köszönhető. Leggyakrabban a tirisztor feloldásához feszültség (áram) vagy fény (fototirisztorok) befolyásolja.

Különböztesse meg a dióda tirisztorokat (dinisztorokat) és a trióda tirisztorok vezérlőelektródáját. Ez utóbbiak egyszintű és kétszintűek.

Az egyszeres működésű tirisztoroknál csak a tirisztor kikapcsolási műveletet hajtják végre a kapuáramkörön. A tirisztor nyitott állapotba kerül pozitív anódfeszültséggel és vezérlőimpulzus jelenlétével a vezérlőelektródán. Ezért a tirisztor fő megkülönböztető jellemzője az önkényes késleltetés lehetősége a tüzelésekor, ha előremenő feszültség van rajta. Az egyműködésű tirisztor (valamint a dinisztor) reteszelése az anód-katód feszültség polaritásának változtatásával történik.

A kettős működésű tirisztorok lehetővé teszik a vezérlőáramkör számára a tirisztor feloldását és reteszelését. A reteszelést fordított polaritású vezérlőimpulzussal hajtják végre a vezérlőelektródára.

Meg kell jegyezni, hogy az ipar egyműködésű tirisztorokat gyárt több ezer amperes megengedett áramerősségre és kilovolt egységnyi megengedett feszültségre. A meglévő kettős működésű tirisztorok megengedett áramerőssége lényegesen alacsonyabb, mint az egyszeres működésűek (egységek és tíz amper), és alacsonyabb a megengedett feszültség. Az ilyen tirisztorokat reléberendezésekben és kis teljesítményű átalakító berendezésekben használják.

ábrán.A 2. ábra a tirisztor hagyományos megnevezését, a félvezető szerkezet vázlatos rajzát és a tirisztor áram-feszültség karakterisztikáját mutatja. Az A, K, UE betűk rendre az anód, a katód és a tirisztor vezérlőelem kimeneteit jelölik.

A fő paraméterek, amelyek meghatározzák a tirisztor kiválasztását és működését az átalakító áramkörben: megengedett előremenő áram, Ia additív, A; megengedett előremenő feszültség zárt állapotban, Ua max, V, megengedett fordított feszültség, Ubmax, V.

A tirisztor maximális előremenő feszültsége, figyelembe véve az átalakító áramkör működési képességeit, nem haladhatja meg az ajánlott üzemi feszültséget.

Rizs. 2 — A tirisztor szimbóluma, a félvezető szerkezeti diagram és a tirisztor áram-feszültség karakterisztikája

Fontos paraméter a tirisztor tartóárama nyitott állapotban, Isp, A, a minimális előremenő áram, amelynek alacsonyabb értékeinél a tirisztor kikapcsol; Az átalakító minimális megengedett terhelésének kiszámításához szükséges paraméter.

Más típusú átalakító eszközök

A triacok (szimmetrikus tirisztorok) mindkét irányban vezetik az áramot. A triac félvezető szerkezete öt félvezető rétegből áll, és összetettebb konfigurációval rendelkezik, mint a tirisztoré. A p- és n-rétegek kombinációjával olyan félvezető szerkezetet hozzunk létre, amelyben különböző feszültségpolaritásoknál a tirisztor áram-feszültség karakterisztikája egyenágának megfelelő feltételek teljesülnek.

Bipoláris tranzisztorokkulcs módban működik.Ellentétben a tranzisztor fő áramkörében lévő kétfunkciós tirisztorral, a vezérlőjelet a kapcsoló teljes vezető állapotában fenn kell tartani. Teljesen szabályozható kapcsoló megvalósítható bipoláris tranzisztorral.

Ph.D. Kolyada L.I.