Converter-apparaten in voedingssystemen

Elektrische energie wordt opgewekt in elektriciteitscentrales en voornamelijk gedistribueerd in de vorm van wisselstroom met een netfrequentie. Wel een groot aantal elektriciteits verbruikers in de industrie andere soorten elektriciteit nodig heeft voor zijn stroomvoorziening.

Meestal vereist:

• gelijkstroom (elektrochemische en elektrolysebaden, gelijkstroom elektrische aandrijving, elektrische transport- en hefinrichtingen, elektrische lasapparaten);

• wisselstroom niet-industriële frequentie (inductieverwarming, frequentieregelaar met variabele snelheid).

In dit verband wordt het noodzakelijk om wisselstroom om te zetten in gelijkstroom (gelijkgericht) of bij het omzetten van wisselstroom van de ene frequentie naar wisselstroom van een andere frequentie. In elektrische krachtoverbrengingssystemen, in een thyristor DC-aandrijving, is het nodig om gelijkstroom om te zetten in wisselstroom (stroominversie) op het punt van verbruik.

Deze voorbeelden dekken niet alle gevallen waarin omzetting van elektrische energie van het ene type naar het andere vereist is.Meer dan een derde van alle geproduceerde elektriciteit wordt omgezet in een andere vorm van energie. Daarom hangt de technische vooruitgang grotendeels samen met de succesvolle ontwikkeling van conversieapparatuur (converting equipment).

Classificatie van apparaten voor technologieconversie

De belangrijkste soorten conversieapparaten

Het aandeel van het omzetten van technologische apparaten in de energiebalans van het land neemt een belangrijke plaats in. De voordelen van halfgeleiderconverters ten opzichte van andere soorten converters zijn onmiskenbaar. De belangrijkste voordelen zijn de volgende:

— Halfgeleiderconverters hebben hoge regel- en energiekarakteristieken;

— kleine afmetingen en gewicht hebben;

— eenvoudig en betrouwbaar in gebruik;

— zorgen voor contactloos schakelen van stromen in voedingscircuits.

Dankzij deze voordelen worden halfgeleiderconverters veel gebruikt: non-ferrometallurgie, chemische industrie, spoorweg- en stadsvervoer, ferrometallurgie, machinebouw, energie en andere industrieën.

We zullen definities geven van de belangrijkste typen conversieapparaten.

Gelijkrichter Het is een apparaat voor het omzetten van wisselspanning in gelijkspanning (U ~ → U =).

Een omvormer wordt een apparaat genoemd voor het omzetten van gelijkspanning in wisselspanning (U = → U ~).

Een frequentieomvormer dient om een ​​wisselspanning van de ene frequentie om te zetten in een wisselspanning van een andere frequentie (Uf1→Uf2).

Een AC-spanningsomvormer (regelaar) is ontworpen om de aan de belasting geleverde spanning te veranderen (reguleren), d.w.z. converteert wisselspanning van de ene grootheid naar wisselspanning van een andere grootheid (U1 ~ → U2 ~).

Hier zijn de meest gebruikte typen apparaten voor technologieconversie... Er zijn een aantal conversieapparaten die zijn ontworpen om de grootte van gelijkstroom, het aantal converterfasen, de vorm van de spanningscurve, enz. Om te zetten (reguleren).

Korte kenmerken van de elementenbasisomzetters

Alle omvormers, ontworpen voor verschillende doeleinden, hebben een gemeenschappelijk werkingsprincipe, dat is gebaseerd op het periodiek in- en uitschakelen van elektrische kleppen. Momenteel worden halfgeleiderapparaten gebruikt als elektrische kleppen. De meest gebruikte diodes, thyristoren, triacs en vermogenstransistorenwerkt in sleutelmodus.

1. Diodes Vertegenwoordigen elementen met twee elektroden van een elektrisch circuit met eenzijdige geleidbaarheid. De geleidbaarheid van een diode is afhankelijk van de polariteit van de aangelegde spanning. Over het algemeen worden diodes onderverdeeld in diodes met laag vermogen (toegestane gemiddelde stroom Ia ≤ 1A), diodes met gemiddeld vermogen (Ia = 1 - 10A toegevoegd) en diodes met hoog vermogen (Ia ≥ 10A toegevoegd). Afhankelijk van hun doel zijn diodes onderverdeeld in laagfrequent (fadd ≤ 500 Hz) en hoogfrequent (fdop> 500 Hz).

De belangrijkste parameters van de gelijkrichterdiodes zijn de hoogste gemiddelde gelijkgerichte stroom, Ia-toevoeging, A, en de hoogste sperspanning, Ubmax, B, die lange tijd op de diode kan worden toegepast zonder gevaar voor verstoring van de werking ervan.

In midden- en hoogvermogen omvormers Pas krachtige (lawine)dioden toe. Deze diodes hebben een aantal specifieke kenmerken omdat ze werken bij hoge stromen en hoge sperspanningen, wat resulteert in een aanzienlijke vermogensafgifte in de pn-overgang.Hier moeten dus effectieve koelmethoden worden geboden.

Een ander kenmerk van vermogensdiodes is de noodzaak om te beschermen tegen kortstondige overspanningen als gevolg van plotselinge belastingdalingen, schakelen en noodmodi.

De bescherming van de voedingsdiode tegen overspanning bestaat uit de overdracht van een mogelijke elektrische storing pn - een overgang van oppervlakten naar massa. In dit geval heeft de storing een lawinekarakter en worden de diodes lawine genoemd. Dergelijke diodes kunnen een voldoende grote tegenstroom doorgeven zonder lokale gebieden te oververhitten.

Bij het ontwikkelen van circuits van convertorapparaten kan het nodig zijn om een ​​gelijkgerichte stroom te verkrijgen die de maximaal toegestane waarde van een enkele diode overschrijdt. In dit geval wordt de parallelle aansluiting van diodes van hetzelfde type gebruikt met het nemen van maatregelen om de constante stromen van de apparaten in de groep gelijk te maken. Om de totaal toegestane sperspanning te verhogen, wordt een serieschakeling van diodes gebruikt. Tegelijkertijd worden maatregelen getroffen om de ongelijke verdeling van de sperspanning uit te sluiten.

Het belangrijkste kenmerk van halfgeleiderdiodes is de stroom-spanningskarakteristiek (VAC). De halfgeleiderstructuur en het diodesymbool worden getoond in Fig. 1, een, b. De omgekeerde tak van de stroom-spanningskarakteristiek van de diode wordt getoond in Fig. 1, c (kromme 1 — I — V karakteristiek van een lawinediode, kromme 2 — I — V karakteristiek van een conventionele diode).

Rijst. 1 — Symbool en inverse tak van de stroom-spanningskarakteristiek van de diode.

Thyristors Het is een vierlaags halfgeleiderapparaat met twee stabiele toestanden: een toestand van lage geleidbaarheid (thyristor gesloten) en hoge geleidbaarheid (thyristor open). De overgang van de ene stabiele toestand naar de andere is te wijten aan de werking van externe factoren. Om een ​​thyristor te ontgrendelen, wordt deze meestal beïnvloed door spanning (stroom) of licht (fotothyristors).

Onderscheid diode thyristors (dynistoren) en triode thyristors stuurelektrode. Deze laatste zijn onderverdeeld in single-level en two-level.

In enkelwerkende thyristors wordt alleen de thyristoruitschakeling uitgevoerd op het poortcircuit. De thyristor gaat in de open toestand met een positieve anodespanning en de aanwezigheid van een stuurpuls op de stuurelektrode. Daarom is het belangrijkste onderscheidende kenmerk van de thyristor de mogelijkheid van willekeurige vertraging op het moment van ontsteken in aanwezigheid van een voorwaartse spanning erop. De vergrendeling van een enkelwerkende thyristor (evenals een dinistor) wordt uitgevoerd door de polariteit van de anode-kathodespanning te veranderen.

Met dual-duty thyristors kan het regelcircuit de thyristor zowel ontgrendelen als vergrendelen. Vergrendeling wordt uitgevoerd door het aanleggen van een stuurpuls met omgekeerde polariteit aan de stuurelektrode.

Opgemerkt moet worden dat de industrie enkelwerkende thyristors produceert voor toegestane stromen van duizenden ampères en toegestane spanningen van een eenheid van kilovolt. Bestaande dubbelwerkende thyristors hebben aanzienlijk lagere toegestane stromen dan enkelwerkende thyristors (eenheden en tientallen ampères) en lagere toegestane spanningen. Dergelijke thyristors worden gebruikt in relaisapparatuur en in omvormers met laag vermogen.

In afb.2 toont de gebruikelijke aanduiding van de thyristor, het schema van de halfgeleiderstructuur en de stroom-spanningskarakteristiek van de thyristor. De letters A, K, UE geven respectievelijk de uitgangen van het anode-, kathode- en thyristorbesturingselement aan.

De belangrijkste parameters die de keuze van een thyristor en de werking ervan in het omzettercircuit bepalen, zijn: toegestane doorlaatstroom, Ia additief, A; toegestane doorlaatspanning in gesloten toestand, Ua max, V, toegestane sperspanning, Ubmax, V.

De maximale doorlaatspanning van de thyristor, rekening houdend met de bedrijfsmogelijkheden van het convertorcircuit, mag de aanbevolen bedrijfsspanning niet overschrijden.

Rijst. 2 — Thyristorsymbool, halfgeleiderstructuurdiagram en thyristorstroom-spanningskarakteristiek

Een belangrijke parameter is de houdstroom van de thyristor in open toestand, Isp, A, is de minimale doorlaatstroom, bij lagere waarden waarvan de thyristor uitschakelt; parameter die nodig is om de minimaal toegestane belasting van de omvormer te berekenen.

Andere soorten conversie-apparaten

Triacs (symmetrische thyristors) geleiden stroom in beide richtingen. De halfgeleiderstructuur van een triac bevat vijf halfgeleiderlagen en heeft een complexere configuratie dan de thyristor. Door een combinatie van p- en n-lagen te gebruiken, ontstaat een halfgeleiderstructuur waarin bij verschillende spanningspolariteiten wordt voldaan aan de voorwaarden die overeenkomen met de directe vertakking van de stroom-spanningskarakteristiek van de thyristor.

Bipolaire transistorenwerkt in sleutelmodus.In tegenstelling tot de bi-operationele thyristor in het hoofdcircuit van de transistor, is het noodzakelijk om een ​​stuursignaal te behouden gedurende de gehele geleidende toestand van de schakelaar. Met een bipolaire transistor is een volledig regelbare schakelaar te realiseren.

Ph.D. Kolyada LI