Pārveidotāju ierīces energosistēmās

Elektroenerģija tiek ražota elektrostacijās un sadalīta galvenokārt maiņstrāvas veidā ar barošanas frekvenci. Tomēr liels skaits elektroenerģijas patērētājiem rūpniecībā tās elektroapgādei ir nepieciešama cita veida elektroenerģija.

Visbiežāk nepieciešams:

• D.C. (elektroķīmiskās un elektrolīzes vannas, līdzstrāvas elektriskā piedziņa, elektriskās transportēšanas un pacelšanas ierīces, elektriskās metināšanas ierīces);

• maiņstrāva nerūpnieciskā frekvence (indukcijas apkure, mainīga ātruma maiņstrāvas piedziņa).

Šajā sakarā kļūst nepieciešams pārveidot maiņstrāvu par līdzstrāvu (rektificētu) vai pārveidojot vienas frekvences maiņstrāvu par citas frekvences maiņstrāvu. Elektroenerģijas pārvades sistēmās tiristoru līdzstrāvas piedziņā ir nepieciešams pārveidot līdzstrāvu maiņstrāvā (strāvas inversija) patēriņa vietā.

Šie piemēri neaptver visus gadījumus, kad ir nepieciešama elektroenerģijas pārveide no viena veida uz citu.Vairāk nekā trešdaļa no visas saražotās elektroenerģijas tiek pārvērsta cita veida enerģijā, tāpēc tehnikas progress lielā mērā ir saistīts ar pārveidošanas ierīču (pārveidošanas iekārtu) veiksmīgu izstrādi.

Tehnoloģiju pārveidošanas ierīču klasifikācija

Galvenie pārveidošanas ierīču veidi

Ievērojamu vietu valsts energobilancē ieņem pārveidojošo tehnoloģisko iekārtu īpatsvars. Pusvadītāju pārveidotāju priekšrocības, salīdzinot ar citiem pārveidotāju veidiem, ir nenoliedzamas. Galvenās priekšrocības ir šādas:

— Pusvadītāju pārveidotājiem ir augsts regulēšanas un enerģijas raksturlielums;

— ir mazi izmēri un svars;

— vienkārša un uzticama darbībā;

— nodrošināt strāvas padeves ķēdēs bezkontakta strāvu pārslēgšanu.

Pateicoties šīm priekšrocībām, pusvadītāju pārveidotāji tiek plaši izmantoti: krāsainajā metalurģijā, ķīmiskajā rūpniecībā, dzelzceļa un pilsētu transportā, melnajā metalurģijā, mašīnbūvē, enerģētikā un citās nozarēs.

Mēs sniegsim galveno pārveidošanas ierīču veidu definīcijas.

Taisngriezis Tā ir ierīce maiņstrāvas sprieguma pārvēršanai līdzstrāvas spriegumā (U ~ → U =).

Invertoru sauc par ierīci tiešā sprieguma pārvēršanai maiņspriegumā (U = → U ~).

Frekvences pārveidotājs kalpo, lai pārveidotu vienas frekvences maiņspriegumu citas frekvences maiņspriegumā (Uf1 → Uf2).

Maiņstrāvas sprieguma pārveidotājs (regulators) ir paredzēts, lai mainītu (regulētu) slodzei piegādāto spriegumu, t.i. pārvērš viena lieluma maiņstrāvas spriegumu par cita lieluma maiņstrāvas spriegumu (U1 ~ → U2 ~).

Šeit ir visizplatītākie tehnoloģiju pārveidošanas ierīču veidi... Ir vairākas pārveidošanas ierīces, kas paredzētas, lai pārveidotu (regulētu) līdzstrāvas lielumu, pārveidotāja fāžu skaitu, sprieguma līknes formu utt.

Elementu bāzes pārveidošanas ierīču īss raksturojums

Visām pārveidošanas ierīcēm, kas paredzētas dažādiem mērķiem, ir kopīgs darbības princips, kura pamatā ir periodiska elektrisko vārstu ieslēgšanās un izslēgšana. Pašlaik pusvadītāju ierīces tiek izmantotas kā elektriskie vārsti. Visplašāk izmantotās diodes, tiristori, triacs un jaudas tranzistoridarbojas taustiņu režīmā.

1. Diodes attēlo elektriskās ķēdes divu elektrodu elementus ar vienpusēju vadītspēju. Diodes vadītspēja ir atkarīga no pielietotā sprieguma polaritātes. Parasti diodes iedala mazjaudas diodēs (pieļaujamā vidējā strāva Ia ≤ 1A), vidējas jaudas diodēs (pievienojot Ia = 1 — 10A) un lieljaudas diodēs (pievienojot Ia ≥ 10A). Pēc mērķa diodes iedala zemfrekvences (fadd ≤ 500 Hz) un augstfrekvences (fdop> 500 Hz).

Taisngriežu diožu galvenie parametri ir lielākā vidējā rektificētā strāva, Ia pievienošana, A un augstākais reversais spriegums Ubmax, B, ko var ilgstoši pielietot diodei, neradot draudus tās darbības traucējumiem.

Vidējas un lielas jaudas pārveidotājos Lietojiet jaudīgas (lavīnas) diodes. Šīm diodēm ir daži specifiski raksturlielumi, jo tās darbojas ar lielu strāvu un augstu apgriezto spriegumu, kā rezultātā p-n krustojumā ir ievērojama jauda.Tāpēc šeit ir jānodrošina efektīvas dzesēšanas metodes.

Vēl viena jaudas diožu iezīme ir nepieciešamība aizsargāt pret īslaicīgiem pārspriegumiem, kas rodas pēkšņu slodzes kritumu, pārslēgšanas un avārijas režīmi.

Barošanas diodes aizsardzība pret pārspriegumu sastāv no iespējama elektriskā pārrāvuma p-n pārnešanas - pārejas no virsmas laukumiem uz tilpumu. Šajā gadījumā sabrukumam ir lavīnas raksturs, un diodes sauc par lavīnu. Šādas diodes spēj izlaist pietiekami lielu reverso strāvu, nepārkarstot vietējās zonas.

Izstrādājot pārveidotāju ierīču shēmas, var būt nepieciešams iegūt rektificētu strāvu, kas pārsniedz vienas diodes maksimālo pieļaujamo vērtību. Šajā gadījumā tiek izmantots tāda paša veida diožu paralēlais savienojums, pieņemot pasākumus, lai izlīdzinātu grupā iekļauto ierīču pastāvīgās strāvas. Lai palielinātu kopējo pieļaujamo reverso spriegumu, tiek izmantots diožu sērijveida savienojums. Tajā pašā laikā tiek nodrošināti pasākumi, lai izslēgtu nevienmērīgu apgrieztā sprieguma sadalījumu.

Pusvadītāju diožu galvenā īpašība ir strāvas-sprieguma (VAC) raksturlielums. Pusvadītāju struktūra un diodes simbols ir parādīti attēlā. 1, a, b. Diodes strāvas-sprieguma raksturlieluma reversais atzars ir parādīts attēlā. 1, c (līkne 1 — I — V raksturīga lavīnas diodei, līkne 2 — I — V raksturīga parastajai diodei).

Rīsi. 1 — Diodes strāvas-sprieguma raksturlīknes simbols un apgrieztā atzara.

Tiristori Tā ir četru slāņu pusvadītāju ierīce ar diviem stabiliem stāvokļiem: zemas vadītspējas stāvokli (tiristors aizvērts) un augstu vadītspēju (tiristors atvērts). Pāreja no viena stabila stāvokļa uz otru notiek ārējo faktoru darbības rezultātā. Visbiežāk, lai atbloķētu tiristoru, to ietekmē spriegums (strāva) vai gaisma (fototiristori).

Izšķir diodes tiristorus (dinistorus) un triodes tiristoru vadības elektrodu. Pēdējie ir sadalīti viena līmeņa un divu līmeņu.

Viendarbības tiristoros vārtu ķēdē tiek veikta tikai tiristora izslēgšanas darbība. Tiristors pāriet atvērtā stāvoklī ar pozitīvu anoda spriegumu un vadības impulsa klātbūtni uz vadības elektroda. Tāpēc galvenā tiristora atšķirīgā iezīme ir patvaļīgas aizkaves iespēja tā aizdedzes laikā, ja uz tā ir tiešs spriegums. Viendarbības tiristora (kā arī dinistora) bloķēšana tiek veikta, mainot anoda-katoda sprieguma polaritāti.

Divkāršās darbības tiristori ļauj vadības ķēdei gan atbloķēt, gan bloķēt tiristoru. Bloķēšana tiek veikta, pieliekot vadības elektrodam apgrieztas polaritātes vadības impulsu.

Jāatzīmē, ka nozare ražo viendarbības tiristorus pieļaujamajām strāvām tūkstošiem ampēru un pieļaujamajiem spriegumiem kilovoltu vienībā. Esošajiem divkāršās darbības tiristoriem ir ievērojami zemākas pieļaujamās strāvas nekā viendarbības tiristoriem (vienības un desmitiem ampēru) un zemāks pieļaujamais spriegums. Šādi tiristori tiek izmantoti releju iekārtās un mazjaudas pārveidotāju ierīcēs.

attēlā.2 parādīts tradicionālais tiristora apzīmējums, pusvadītāju struktūras shēma un tiristora strāvas-sprieguma raksturlielums. Burti A, K, UE attiecīgi apzīmē anoda, katoda un tiristora vadības elementa izejas.

Galvenie parametri, kas nosaka tiristora izvēli un tā darbību pārveidotāja ķēdē, ir: pieļaujamā tiešā strāva, Ia piedeva, A; pieļaujamais tiešais spriegums slēgtā stāvoklī, Ua max, V, pieļaujamais reversais spriegums, Ubmax, V.

Tiristora maksimālais tiešais spriegums, ņemot vērā pārveidotāja ķēdes darbības iespējas, nedrīkst pārsniegt ieteicamo darba spriegumu.

Rīsi. 2 — Tiristora simbols, pusvadītāju struktūras diagramma un tiristora strāvas-sprieguma raksturlielums

Svarīgs parametrs ir tiristora turēšanas strāva atvērtā stāvoklī, Isp, A ir minimālā tiešā strāva, pie kuras zemākām vērtībām tiristors izslēdzas; parametrs, kas nepieciešams, lai aprēķinātu pārveidotāja minimālo pieļaujamo slodzi.

Cita veida pārveidošanas ierīces

Triacs (simetriski tiristori) vada strāvu abos virzienos. Triac pusvadītāju struktūra satur piecus pusvadītāju slāņus, un tai ir sarežģītāka konfigurācija nekā tiristoram. Izmantojot p- un n-slāņu kombināciju, izveido pusvadītāju struktūru, kurā pie dažādām sprieguma polaritātēm ir izpildīti nosacījumi, kas atbilst tiristora strāvas-sprieguma raksturlieluma tiešajai atzarai.

Bipolāri tranzistoridarbojas taustiņu režīmā.Atšķirībā no divkāršā tiristora tranzistora galvenajā ķēdē, ir nepieciešams uzturēt vadības signālu visā slēdža vadošajā stāvoklī. Pilnībā vadāmu slēdzi var realizēt ar bipolāru tranzistoru.

Ph.D. Kolyada L.I.