Konverter enheder i strømsystemer

Elektrisk energi genereres i kraftværker og distribueres hovedsageligt i form af vekselstrøm med en forsyningsfrekvens. Dog et stort antal elforbrugere i industrien kræver andre typer elektricitet til sin strømforsyning.

Oftest påkrævet:

• D.C. (elektrokemiske og elektrolysebade, elektriske jævnstrømsdrev, elektriske transport- og løfteanordninger, elektriske svejseanordninger);

• vekselstrøm ikke-industriel frekvens (induktionsopvarmning, AC-drev med variabel hastighed).

I den forbindelse bliver det nødvendigt at transformere vekselstrøm til jævnstrøm eller ved konvertering af vekselstrøm af en frekvens til vekselstrøm af en anden frekvens. I elektriske krafttransmissionssystemer er der i et tyristor DC-drev et behov for at konvertere jævnstrøm til vekselstrøm (strøminversion) på forbrugspunktet.

Disse eksempler dækker ikke alle tilfælde, hvor konvertering af elektrisk energi fra en type til en anden er påkrævet.Mere end en tredjedel af al produceret elektricitet omdannes til en anden type energi, hvorfor de tekniske fremskridt i høj grad er relateret til den succesfulde udvikling af konverteringsudstyr (konverteringsudstyr).

Klassificering af teknologikonverteringsenheder

De vigtigste typer af konverteringsenheder

Andelen af ​​konvertering af teknologiske enheder i landets energibalance indtager en betydelig plads. Fordelene ved halvlederkonvertere sammenlignet med andre typer omformere er ubestridelige. De vigtigste fordele er følgende:

— Halvlederkonvertere har høje regulerings- og energiegenskaber;

— have små dimensioner og vægt;

— enkel og pålidelig i drift;

— sørge for kontaktløs omskiftning af strømme i strømforsyningskredsløb.

Takket være disse fordele er halvlederkonvertere meget udbredt: ikke-jernholdig metallurgi, kemisk industri, jernbane- og bytransport, jernholdig metallurgi, maskinteknik, energi og andre industrier.

Vi vil give definitioner af hovedtyperne af konverteringsenheder.

Ensretter Det er en enhed til at konvertere AC-spænding til DC-spænding (U ~ → U =).

En inverter kaldes en enhed til at konvertere jævnspænding til vekselspænding (U = → U ~).

En frekvensomformer tjener til at konvertere en vekselspænding af en frekvens til en vekselspænding med en anden frekvens (Uf1→Uf2).

En AC spændingsomformer (regulator) er designet til at ændre (regulere) den spænding, der leveres til belastningen, dvs. konverterer AC-spænding af en størrelse til AC-spænding af en anden størrelse (U1 ~ → U2 ~).

Her er de mest udbredte typer af teknologikonverteringsenheder... Der findes en række konverteringsenheder designet til at konvertere (regulere) størrelsen af ​​jævnstrøm, antallet af konverterfaser, formen på spændingskurven osv.

Korte karakteristika for elementbasekonverteringsenhederne

Alle konverteringsanordninger, designet til forskellige formål, har et fælles funktionsprincip, som er baseret på periodisk tænding og slukning af elektriske ventiler. I øjeblikket bruges halvlederenheder som elektriske ventiler. De mest udbredte dioder, tyristorer, triacs og krafttransistorerfungerer i nøgletilstand.

1. Dioder Repræsenterer to-elektrodeelementer i et elektrisk kredsløb med ensidig ledningsevne. Konduktansen af ​​en diode afhænger af polariteten af ​​den påførte spænding. Generelt er dioder opdelt i laveffektdioder (tilladt gennemsnitsstrøm Ia ≤ 1A), mediumeffektdioder (tilføje Ia = 1 - 10A) og højeffektdioder (tilføje Ia ≥ 10A). I henhold til deres formål er dioder opdelt i lavfrekvente (fadd ≤ 500 Hz) og højfrekvente (fdop> 500 Hz).

Hovedparametrene for ensretterdioderne er den højeste gennemsnitlige ensrettede strøm, Ia-tilsætning, A og den højeste omvendte spænding, Ubmax, B, som kan påføres dioden i lang tid uden fare for at forstyrre dens drift.

I mellem- og højeffektkonvertere Anvend kraftige (lavine) dioder. Disse dioder har nogle specifikke egenskaber, da de fungerer ved høje strømme og høje omvendte spændinger, hvilket resulterer i betydelig strømudløsning i p-n-forbindelsen.Så effektive kølemetoder bør tilvejebringes her.

Et andet træk ved strømdioder er behovet for at beskytte mod kortvarige overspændinger som følge af pludselige belastningsfald, omskiftning og nødtilstande.

Beskyttelsen af ​​strømforsyningsdioden mod overspænding består i overførslen af ​​en mulig elektrisk sammenbrud p-n - en overgang fra overfladearealer til bulk. I dette tilfælde har sammenbruddet en lavinekarakter, og dioderne kaldes lavine. Sådanne dioder er i stand til at passere en tilstrækkelig stor omvendt strøm uden at overophede lokale områder.

Ved udvikling af kredsløb af konverterenheder kan det være nødvendigt at opnå en ensrettet strøm, der overstiger den maksimalt tilladte værdi af en enkelt diode. I dette tilfælde bruges den parallelle forbindelse af dioder af samme type med vedtagelse af foranstaltninger til at udligne de konstante strømme af enhederne, der er inkluderet i gruppen. For at øge den samlede tilladte omvendte spænding anvendes serieforbindelse af dioder. Samtidig er der tilvejebragt foranstaltninger for at udelukke den ujævne fordeling af omvendt spænding.

Det vigtigste kendetegn ved halvlederdioder er strømspændingskarakteristikken (VAC). Halvlederstrukturen og diodesymbolet er vist i fig. 1, a, b. Den omvendte gren af ​​diodens strømspændingskarakteristik er vist i fig. 1, c (kurve 1 — I — V karakteristisk for en lavinediode, kurve 2 — I — V karakteristisk for en konventionel diode).

Ris. 1 — Symbol og omvendt gren af ​​diodestrøm-spændingskarakteristikken.

Thyristorer Det er en fire-lags halvlederenhed med to stabile tilstande: en tilstand med lav ledningsevne (tyristor lukket) og høj ledningsevne (tyristor åben). Overgangen fra en stabil tilstand til en anden skyldes påvirkningen af ​​eksterne faktorer. Oftest, for at låse en tyristor op, påvirkes den af ​​spænding (strøm) eller lys (fototyristor).

Skelne diode tyristorer (dynistorer) og triode tyristor kontrolelektrode. Sidstnævnte er opdelt i enkelt-niveau og to-niveau.

I enkeltvirkende tyristorer udføres kun tyristorslukningsoperationen på portkredsløbet. Tyristoren går i åben tilstand med en positiv anodespænding og tilstedeværelsen af ​​en kontrolimpuls på styreelektroden. Derfor er det vigtigste kendetegn ved tyristoren muligheden for vilkårlig forsinkelse på tidspunktet for dens affyring i nærværelse af en fremadspænding på den. Låsningen af ​​en enkeltoperationstyristor (såvel som en dinistor) udføres ved at ændre polariteten af ​​anode-katodespændingen.

Dual duty tyristorer gør det muligt for kontrolkredsløbet både at låse op og låse tyristoren. Låsning udføres ved at påføre en kontrolimpuls med omvendt polaritet på styreelektroden.

Det skal bemærkes, at industrien producerer enkeltvirkende tyristorer til tilladte strømme på tusindvis af ampere og tilladte spændinger på en enhed af kilovolt. Eksisterende dobbeltvirkende tyristorer har væsentligt lavere tilladte strømme end enkeltvirkende (enheder og tiere af ampere) og lavere tilladte spændinger. Sådanne tyristorer bruges i relæudstyr og i laveffektkonverterenheder.

I fig.2 viser den konventionelle betegnelse af tyristoren, skematisk af halvlederstrukturen og strøm-spændingskarakteristikken for tyristoren. Bogstaverne A, K, UE angiver henholdsvis udgangene af anode-, katode- og tyristorkontrolelementet.

De vigtigste parametre, der bestemmer valget af en tyristor og dens drift i konverterkredsløbet er: tilladt fremadgående strøm, Ia additiv, A; tilladt fremadspænding i lukket tilstand, Ua max, V, tilladt omvendt spænding, Ubmax, V.

Den maksimale fremadgående spænding af tyristoren, under hensyntagen til konverterkredsløbets driftskapacitet, bør ikke overstige den anbefalede driftsspænding.

Ris. 2 — Thyristorsymbol, halvlederstrukturdiagram og tyristorstrøm-spændingskarakteristik

En vigtig parameter er tyristorens holdestrøm i åben tilstand, Isp, A, er den mindste fremadgående strøm, ved lavere værdier, hvoraf tyristoren slukker; parameter, der er nødvendig for at beregne den mindste tilladte belastning af konverteren.

Andre typer konverteringsenheder

Triacs (symmetriske tyristorer) leder strøm i begge retninger. Halvlederstrukturen af ​​en triac indeholder fem halvlederlag og har en mere kompleks konfiguration end tyristoren. Ved at bruge en kombination af p- og n-lag skabes en halvlederstruktur, hvor betingelserne svarende til den direkte gren af ​​tyristorens strømspændingskarakteristik er opfyldt ved forskellige spændingspolariteter.

Bipolære transistorerfungerer i nøgletilstand.I modsætning til den bi-operationelle tyristor i transistorens hovedkredsløb er det nødvendigt at opretholde et styresignal gennem hele omskifterens ledende tilstand. En fuldt kontrollerbar switch kan realiseres med en bipolær transistor.

Ph.D. Kolyada L.I.