загрузка...
загрузка...
На головну

Види перетворення електроенергії, основні види напівпровідникових перетворювачів та області їх застосування

Основні визначення і допущення

Як відомо [4], понад 95% всієї електроенергії виробляється за допомогою синхронних генераторів у вигляді змінного струму промислової частоти. У той же час, значна частина електроенергії споживається у вигляді енергії постійного струму або в вигляді енергії змінного струму підвищеної, а іноді і регульованої частоти. Як приклади споживачів постійного струму можна привести електролізних ванни для отримання алюмінію або рафінування міді, тяговий електропривод залізничного і міського транспорту, зарядні пристрої, джерела живлення і т. П. Змінний струм підвищеної частоти використовується в установках для індукційного нагріву, джерелах живлення з ланкою підвищеної частоти, зварювальних генераторах і т. д. Змінний струм регульованої частоти необхідний в частотнорегульованого електроприводі на базі асинхронних двигунів. У всіх перерахованих випадках енергія змінного струму промислової частоти піддається перетворенню за допомогою напівпровідникових перетворювачів. В даний час, прийнято розрізняти два основних види перетворення електроенергії: випрямлення і інвертування.

Випрямленням називається перетворення енергії змінного струму в енергію постійного струму. Відповідно, пристрій (перетворювач), що забезпечує таке перетворення, називається випрямлячем.

Інвертуванням називається перетворення енергії постійного струму в енергію змінного струму.Відповідно, пристрій, що забезпечує таке перетворення, називається інвертором.

В основі будь-якого перетворення електричної енергії лежать процеси перемикання струму в елементах схеми. Наприклад, в однофазної мостової схемою випрямлення, формування однополярного струму в навантаженні забезпечується за рахунок переключення затискачів навантаження по відношенню до затискачів трансформатора при зміні полярності миттєвої ЕРС вторинної обмотки трансформатора. Це перемикання проводиться за допомогою напівпровідникових діодів, включених між трансформатором і навантаженням. Процес перемикання струму в схемі напівпровідникового перетворювача, зокрема, між силовими напівпровідниковими приладами, називається комутацією. Комутація струму в перетворювачах може здійснюватися різними способами. В даний час, всі ці способи прийнято ділити на два, принципово відрізняються один від одного, виду: природну комутацію і штучну комутацію.

Природною комутацією називається комутація під впливом ЕРС мережі змінного струму, яка, в свою чергу, називається провідною мережею.

Штучною комутацією називається комутація, здійснювана за відсутності провідної мережі або за допомогою спеціальних, комутуючих конденсаторів (місткість комутація), або за рахунок властивостей керованих напівпровідникових приладів (наприклад, силових транзисторів), що дозволяють вимикати струм через прилад по ланцюгу управління. У цьому випадку, комутація називається примусовою.

Залежно від виду комутації все перетворювачі поділяються на дві основні категорії: перетворювачі, ведені мережею, і автономні перетворювачі. Робота перетворювачів, ведених мережею, заснована на використанні природної комутації, а, відповідно, в автономних перетворювачів використовується штучна комутація (місткість або примусова).

У свою чергу, перетворювачі, ведені мережею, як показано на малюнку 1.1, діляться на: випрямлячі (В), інвертори ведені мережею (ІТТ) та безпосередні перетворювачі частоти (НПЧ).

Малюнок 1.1 - Основні види напівпровідникових перетворювачів

Відповідно, автономні перетворювачі поділяються на інвертори струму (ІТ), інвертори напруги (ІН) і імпульсні перетворювачі постійної напруги (ІППН).

Крім того, основні схеми випрямлення підрозділяються:

- За структурою схеми - на мостові схеми і схеми з висновком нульової точки джерела (зазвичай, трансформатора);

- За способом формування вихідної напруги - на однополуперіодні або двухполуперіодні;

- По числу фаз живлячої напруги - на однофазні та трифазні.

Автономні перетворювачі теж мають більш дрібні підвиди, розгляд яких виходить за рамки даного курсу. Слід зазначити, однак, що будь-який підвид інвертора струму або інвертора напруги може бути реалізований за будь-якою з відомих, основних схем випрямлення. Наприклад, паралельний інвертор струму може виконуватися за однофазною мостовою схемою або за схемою з висновком нульової точки трансформатора, або за трифазною мостовою схемою і т. П. Схемні варіанти імпульсних перетворювачів дуже специфічні, що і забезпечило виділення цього класу перетворювачів в окрему групу.

Силові напівпровідникові перетворювачі широко застосовуються в сучасній науці і техніці. Некеровані (діодні) випрямлячі є невід'ємною частиною більшості джерел живлення і перетворювачів частоти, як з ланкою постійного струму, так і з ланкою підвищеної частоти. Вони використовуються в тягових підстанціях міського та залізничного електротранспорту, в бортових системах електропостачання постійного струму, а також в промислових системах релейно-контакторного управління для харчування обмоток електричних апаратів.

Керовані випрямлячі і інвертори, ведені мережею, застосовуються в регульованому електроприводі постійного струму, а також в тиристорних перетворювачах частоти з ланкою постійного струму. Наприклад, такі перетворювачі з вихідним напругою підвищеної частоти (до 10 кГц), на базі інверторів струму або інверторів напруги, широко застосовуються в технологічних цілях, наприклад, в установках індукційного нагріву металів.

В даний час перспективним напрямком є розробка і застосування імпульсних перетворювачів, наприклад, для регуляторів частоти обертання тягових двигунів постійного струму.

ВСТУП «-- попередня | наступна --» Основні види силових напівпровідникових приладів
загрузка...
© om.net.ua