Převodníky v energetických systémech

Elektrická energie je vyráběna v elektrárnách a distribuována převážně ve formě střídavého proudu s napájecí frekvencí. I když velký počet spotřebitelé elektřiny v průmyslu vyžaduje pro své napájení jiné druhy elektřiny.

Nejčastěji se vyžaduje:

• DC. (elektrochemické a elektrolýzní lázně, stejnosměrný elektrický pohon, elektrická dopravní a zvedací zařízení, elektrická svářecí zařízení);

• střídavý proud neprůmyslová frekvence (indukční ohřev, střídavý pohon s proměnnou rychlostí).

V této souvislosti vzniká nutnost transformovat střídavý proud na stejnosměrný (usměrněný) proud nebo při přeměně střídavého proudu jedné frekvence na střídavý proud jiné frekvence. V systémech přenosu elektrické energie je u tyristorového stejnosměrného pohonu potřeba převádět stejnosměrný proud na střídavý proud (inverze proudu) v místě spotřeby.

Tyto příklady nepokrývají všechny případy, kdy je vyžadována přeměna elektrické energie z jednoho typu na jiný.Více než třetina veškeré vyrobené elektřiny se přeměňuje na jiný druh energie, a proto technický pokrok do značné míry souvisí s úspěšným vývojem konverzních zařízení (konverzních zařízení).

Klasifikace technologických konverzních zařízení

Hlavní typy převodních zařízení

Významné místo zaujímá podíl přeměnových technologických zařízení na energetické bilanci země. Výhody polovodičových měničů jsou oproti jiným typům měničů nepopiratelné. Hlavní výhody jsou následující:

— Polovodičové měniče mají vysoké regulační a energetické charakteristiky;

— mají malé rozměry a hmotnost;

— jednoduché a spolehlivé v provozu;

— zajišťují bezkontaktní spínání proudů v napájecích obvodech.

Díky těmto výhodám jsou polovodičové měniče široce používány: metalurgie neželezných kovů, chemický průmysl, železniční a městská doprava, hutnictví železa, strojírenství, energetika a další průmyslová odvětví.

Uvedeme definice hlavních typů konverzních zařízení.

Usměrňovač Je zařízení pro přeměnu střídavého napětí na stejnosměrné napětí (U ~ → U =).

Střídač se nazývá zařízení pro přeměnu stejnosměrného napětí na střídavé napětí (U = → U ~).

Frekvenční měnič slouží k přeměně střídavého napětí jedné frekvence na střídavé napětí jiné frekvence (Uf1→Uf2).

Střídavý měnič napětí (regulátor) je určen ke změně (regulaci) napětí přiváděného do zátěže, tzn. převádí střídavé napětí jedné veličiny na střídavé napětí jiné veličiny (U1 ~ → U2 ~).

Zde jsou nejpoužívanější typy přepočítávačů technologií... Převodníků určených k přeměně (regulaci) velikosti stejnosměrného proudu, počtu fází měniče, tvaru křivky napětí atd. je celá řada.

Stručná charakteristika zařízení pro konverzi elementové báze

Všechna konvertorová zařízení, určená pro různé účely, mají společný princip činnosti, který je založen na periodickém zapínání a vypínání elektrických ventilů. V současné době se jako elektrické ventily používají polovodičová zařízení. Nejpoužívanější diody, tyristory, triaky a výkonové tranzistoryfunguje v režimu klíče.

1. Diody Představují dvouelektrodové prvky elektrického obvodu s jednostrannou vodivostí. Vodivost diody závisí na polaritě použitého napětí. Obecně se diody dělí na diody s nízkým výkonem (dovolený průměrný proud Ia ≤ 1A), diody se středním výkonem (sčítání Ia = 1 — 10A) a diody s vysokým výkonem (sčítáním Ia ≥ 10A). Podle účelu se diody dělí na nízkofrekvenční (fadd ≤ 500 Hz) a vysokofrekvenční (fdop> 500 Hz).

Hlavní parametry usměrňovacích diod jsou nejvyšší průměrný usměrněný proud, přídavek Ia, A a nejvyšší zpětné napětí Ubmax, B, které lze na diodu přivádět dlouhodobě bez nebezpečí narušení její činnosti.

V měničích středního a vysokého výkonu Použijte výkonné (lavinové) diody. Tyto diody mají některé specifické vlastnosti, protože pracují při vysokých proudech a vysokých zpětných napětích, což vede k významnému uvolnění výkonu v p-n přechodu.Zde by tedy měly být zajištěny účinné způsoby chlazení.

Další vlastností výkonových diod je nutnost ochrany proti krátkodobým přepětím vznikajícím při náhlých poklesech zátěže, spínání a nouzové režimy.

Ochrana napájecí diody před přepětím spočívá v přenosu případného elektrického průrazu p-n — přechodu z povrchových ploch na objem. V tomto případě má průraz lavinový charakter a diody se nazývají lavinové. Takové diody jsou schopny propustit dostatečně velký zpětný proud bez přehřívání místních oblastí.

Při vývoji obvodů převodníků může být nutné získat usměrněný proud přesahující maximální přípustnou hodnotu jedné diody. V tomto případě se používá paralelní připojení diod stejného typu s přijetím opatření k vyrovnání konstantních proudů zařízení zařazených do skupiny. Pro zvýšení celkového povoleného zpětného napětí se používá sériové zapojení diod. Současně jsou provedena opatření k vyloučení nerovnoměrného rozložení zpětného napětí.

Hlavní charakteristikou polovodičových diod je charakteristika proudového napětí (VAC). Polovodičová struktura a symbol diody jsou na obr. 1, a, b. Reverzní větev proudově-napěťové charakteristiky diody je na Obr. 1, c (křivka 1 — I — V charakteristika lavinové diody, křivka 2 — I — V charakteristika běžné diody).

Rýže. 1 — Symbol a inverzní větev proudově-napěťové charakteristiky diody.

Tyristory Jedná se o čtyřvrstvé polovodičové zařízení se dvěma stabilními stavy: stavem nízké vodivosti (tyristor zavřený) a vysokou vodivostí (tyristor otevřený). Přechod z jednoho stabilního stavu do druhého je dán působením vnějších faktorů. Nejčastěji je k odblokování tyristoru ovlivněn napětím (proud) nebo světlem (fototyristory).

Rozlišujte diodové tyristory (dynistory) a triodové tyristory řídící elektrodu. Ty se dělí na jednoúrovňové a dvouúrovňové.

U jednočinných tyristorů se na hradlovém obvodu provádí pouze operace vypnutí tyristoru. Tyristor přechází do otevřeného stavu s kladným anodovým napětím a přítomností řídicího impulsu na řídicí elektrodě. Hlavním rozlišovacím znakem tyristoru je proto možnost libovolného zpoždění v době jeho spuštění v přítomnosti propustného napětí na něm. Uzamčení jednočinného tyristoru (stejně jako dinistoru) se provádí změnou polarity anodovo-katodového napětí.

Dvoufunkční tyristory umožňují řídicímu obvodu tyristor odemknout i uzamknout. Blokování se provádí přivedením řídicího impulsu opačné polarity na řídicí elektrodu.

Je třeba poznamenat, že průmysl vyrábí jednočinné tyristory pro přípustné proudy tisíc ampér a přípustná napětí jednotky kilovoltů. Stávající dvojčinné tyristory mají výrazně nižší dovolené proudy než jednočinné (jednotky a desítky ampérů) a nižší povolená napětí. Takové tyristory se používají v reléových zařízeních a v konvertorových zařízeních s nízkým výkonem.

Na Obr.2 ukazuje konvenční označení tyristoru, schéma polovodičové struktury a proudově napěťovou charakteristiku tyristoru. Písmena A, K, UE označují výstupy anody, katody a tyristorového ovládacího prvku.

Hlavní parametry, které určují volbu tyristoru a jeho činnost v obvodu měniče, jsou: přípustný propustný proud, přísada Ia, A; přípustné propustné napětí v zavřeném stavu, Ua max, V, přípustné zpětné napětí, Ubmax, V.

Maximální propustné napětí tyristoru s ohledem na provozní možnosti obvodu převodníku by nemělo překročit doporučené provozní napětí.

Rýže. 2 — Symbol tyristoru, schéma polovodičové struktury a proudově napěťová charakteristika tyristoru

Důležitým parametrem je přídržný proud tyristoru v otevřeném stavu, Isp, A, je minimální dopředný proud, při nižších hodnotách se tyristor vypíná; parametr potřebný pro výpočet minimálního povoleného zatížení měniče.

Jiné typy konverzních zařízení

Triaky (symetrické tyristory) vedou proud v obou směrech. Polovodičová struktura triaku obsahuje pět polovodičových vrstev a má složitější konfiguraci než tyristor. Pomocí kombinace p- a n-vrstev vytvořte polovodičovou strukturu, ve které jsou při různých polaritách napětí splněny podmínky odpovídající přímé větvi proudově-napěťové charakteristiky tyristoru.

Bipolární tranzistoryfunguje v režimu klíče.Na rozdíl od bifunkčního tyristoru v hlavním obvodu tranzistoru je nutné udržovat řídicí signál po celou dobu vodivého stavu spínače. Plně ovladatelný spínač lze realizovat bipolárním tranzistorem.

Ph.D. Kolyada L.I.