Urządzenia przekształtnikowe w systemach elektroenergetycznych

Energia elektryczna jest wytwarzana w elektrowniach i rozprowadzana głównie w postaci prądu przemiennego o częstotliwości zasilania. Jednak duża liczba konsumenci energii elektrycznej w przemyśle wymaga innych rodzajów energii elektrycznej do zasilania.

Najczęściej wymagane:

• DC (kąpiele elektrochemiczne i elektrolityczne, napęd elektryczny prądu stałego, elektryczne urządzenia transportowe i podnoszące, elektryczne urządzenia spawalnicze);

• prąd przemienny częstotliwość nieprzemysłowa (ogrzewanie indukcyjne, napęd prądu przemiennego o zmiennej prędkości).

W związku z tym konieczne staje się przekształcenie prądu przemiennego w prąd stały (wyprostowany) lub przy konwersji prądu przemiennego o jednej częstotliwości na prąd przemienny o innej częstotliwości. W układach przesyłu energii elektrycznej, w tyrystorowym napędzie prądu stałego, zachodzi konieczność zamiany prądu stałego na prąd przemienny (odwrócenie prądu) w miejscu poboru.

Te przykłady nie obejmują wszystkich przypadków, w których wymagana jest konwersja energii elektrycznej z jednego rodzaju na inny.Ponad jedna trzecia całej produkowanej energii elektrycznej jest przetwarzana na inny rodzaj energii, dlatego też postęp techniczny jest w dużej mierze związany z pomyślnym rozwojem urządzeń przetwarzających (urządzeń przetwarzających).

Klasyfikacja urządzeń konwersji technologii

Główne typy urządzeń konwertujących

Udział urządzeń technologicznych przetwarzających w bilansie energetycznym kraju zajmuje znaczące miejsce. Zalety przetworników półprzewodnikowych w porównaniu do innych typów przetworników są niezaprzeczalne. Główne zalety są następujące:

— Przetworniki półprzewodnikowe charakteryzują się wysokimi parametrami regulacyjnymi i energetycznymi;

— mieć małe wymiary i wagę;

— prosty i niezawodny w działaniu;

— zapewniają bezkontaktowe przełączanie prądów w obwodach zasilających.

Dzięki tym zaletom przetworniki półprzewodnikowe znajdują szerokie zastosowanie: hutnictwie metali nieżelaznych, przemyśle chemicznym, transporcie kolejowym i miejskim, hutnictwie żelaza, budowie maszyn, energetyce i innych gałęziach przemysłu.

Podamy definicje głównych typów urządzeń do konwersji.

Prostownik Jest to urządzenie służące do zamiany napięcia przemiennego na napięcie stałe (U ~ → U =).

Falownik nazywany jest urządzeniem do konwersji napięcia stałego na napięcie przemienne (U = → U ~).

Przetwornica częstotliwości służy do przekształcania napięcia przemiennego o jednej częstotliwości na napięcie przemienne o innej częstotliwości (Uf1→Uf2).

Przetwornica (regulator) napięcia AC przeznaczona jest do zmiany (regulacji) napięcia dostarczanego do obciążenia, tj. konwertuje napięcie AC jednej wielkości na napięcie AC innej wielkości (U1 ~ → U2 ~).

Oto najczęściej stosowane typy urządzeń do konwersji technologii... Istnieje wiele urządzeń do konwersji zaprojektowanych do konwersji (regulacji) wielkości prądu stałego, liczby faz konwertera, kształtu krzywej napięcia itp.

Krótka charakterystyka urządzeń przetwarzających podstawy pierwiastków

Wszystkie przetwornice, przeznaczone do różnych celów, mają wspólną zasadę działania, która polega na okresowym załączaniu i wyłączaniu elektrozaworów. Obecnie jako zawory elektryczne stosowane są przyrządy półprzewodnikowe. Najczęściej stosowane diody, tyrystory, triaki i tranzystory mocypracuje w trybie klucza.

1. Diody Reprezentują dwuelektrodowe elementy obwodu elektrycznego o przewodnictwie jednostronnym. Przewodność diody zależy od biegunowości przyłożonego napięcia. Ogólnie diody dzielimy na diody małej mocy (dopuszczalny średni prąd Ia ≤ 1A), diody średniej mocy (dodanie Ia = 1 — 10A) oraz diody dużej mocy (dodanie Ia ≥ 10A). Ze względu na przeznaczenie diody dzielą się na niskoczęstotliwościowe (fadd ≤ 500 Hz) i wysokoczęstotliwościowe (fdop > 500 Hz).

Głównymi parametrami diod prostowniczych są największy średni prąd wyprostowany Ia addycja A oraz największe napięcie wsteczne Ubmax B, które można przyłożyć do diody przez długi czas bez niebezpieczeństwa zakłócenia jej pracy.

W przetwornicach średniej i dużej mocy Zastosuj mocne (lawinowe) diody. Diody te mają pewne specyficzne właściwości, ponieważ działają przy dużych prądach i wysokich napięciach wstecznych, co powoduje wydzielanie znacznej mocy w złączu p-n.Dlatego należy zapewnić tutaj skuteczne metody chłodzenia.

Kolejną cechą diod mocy jest konieczność ochrony przed krótkotrwałymi przepięciami powstającymi w wyniku nagłych spadków obciążenia, przełączania i tryby awaryjne.

Zabezpieczenie diody zasilającej przed przepięciem polega na przeniesieniu ewentualnej awarii elektrycznej p-n — przejściu z obszarów powierzchniowych na masowe. W tym przypadku awaria ma charakter lawinowy, a diody nazywane są lawinowymi. Takie diody są w stanie przepuszczać wystarczająco duży prąd wsteczny bez przegrzewania lokalnych obszarów.

Podczas opracowywania obwodów urządzeń przekształtnikowych może być konieczne uzyskanie prądu wyprostowanego przekraczającego maksymalną dopuszczalną wartość pojedynczej diody. W tym przypadku stosuje się równoległe połączenie diod tego samego typu z przyjęciem środków w celu wyrównania prądów stałych urządzeń wchodzących w skład grupy. Aby zwiększyć całkowite dopuszczalne napięcie wsteczne, stosuje się szeregowe połączenie diod. Jednocześnie zapewniono środki mające na celu wykluczenie nierównomiernego rozkładu napięcia wstecznego.

Główną cechą diod półprzewodnikowych jest charakterystyka prądowo-napięciowa (VAC). Budowę półprzewodnika i symbol diody przedstawiono na rys. 1, a, b. Odwrotna gałąź charakterystyki prądowo-napięciowej diody jest pokazana na ryc. 1, c (krzywa 1 — charakterystyka I — V diody lawinowej, krzywa 2 — charakterystyka I — V diody konwencjonalnej).

Ryż. 1 — Symbol i odwrotna gałąź charakterystyki prądowo-napięciowej diody.

Tyrystory Jest to czterowarstwowe urządzenie półprzewodnikowe, w którym występują dwa stabilne stany: stan o niskim przewodnictwie (tyrystor zamknięty) io wysokim przewodnictwie (tyrystor otwarty). Przejście z jednego stabilnego stanu do drugiego jest spowodowane działaniem czynników zewnętrznych. Najczęściej na odblokowanie tyrystora wpływa napięcie (prąd) lub światło (fototyrystory).

Rozróżnij tyrystory diodowe (dynistory) i tyrystorowe triodowe elektrody sterujące. Te ostatnie dzielą się na jednopoziomowe i dwupoziomowe.

W tyrystorach jednostronnego działania w obwodzie bramki wykonywana jest tylko operacja wyłączania tyrystora. Tyrystor przechodzi w stan otwarty przy dodatnim napięciu anodowym i obecności impulsu sterującego na elektrodzie sterującej. Dlatego główną cechą wyróżniającą tyrystor jest możliwość dowolnego opóźnienia w momencie jego odpalenia w obecności na nim napięcia przewodzenia. Blokowanie tyrystora pojedynczego działania (a także dinistora) odbywa się poprzez zmianę biegunowości napięcia anoda-katoda.

Tyrystory podwójnego obciążenia umożliwiają obwodowi sterującemu zarówno odblokowanie, jak i zablokowanie tyrystora. Blokowanie odbywa się poprzez podanie impulsu sterującego o odwrotnej polaryzacji na elektrodę kontrolną.

Należy zauważyć, że przemysł produkuje tyrystory jednostronnego działania dla dopuszczalnych prądów tysięcy amperów i dopuszczalnych napięć jednostki kilowoltów. Istniejące tyrystory dwustronnego działania mają znacznie niższe dopuszczalne prądy niż jednokierunkowe (jednostki i dziesiątki amperów) oraz niższe dopuszczalne napięcia. Takie tyrystory są stosowane w urządzeniach przekaźnikowych i urządzeniach przetwornic małej mocy.

na ryc.2 przedstawia konwencjonalne oznaczenie tyrystora, schemat budowy półprzewodnika oraz charakterystykę prądowo-napięciową tyrystora. Litery A, K, UE oznaczają odpowiednio wyjścia anody, katody i tyrystorowego elementu sterującego.

Głównymi parametrami decydującymi o wyborze tyrystora i jego pracy w obwodzie przekształtnika są: dopuszczalny prąd przewodzenia, dodatek Ia, A; dopuszczalne napięcie przewodzenia w stanie zamkniętym, Ua max, V, dopuszczalne napięcie wsteczne, Ubmax, V.

Maksymalne napięcie przewodzenia tyrystora, biorąc pod uwagę możliwości robocze obwodu przekształtnika, nie powinno przekraczać zalecanego napięcia roboczego.

Ryż. 2 — Symbol tyrystora, schemat budowy półprzewodnika i charakterystyka prądowo-napięciowa tyrystora

Ważnym parametrem jest prąd trzymania tyrystora w stanie otwartym, Isp, A, jest minimalnym prądem przewodzenia, przy niższych wartościach, których tyrystor się wyłącza; parametr potrzebny do obliczenia minimalnego dopuszczalnego obciążenia przekształtnika.

Inne rodzaje urządzeń do konwersji

Triaki (tyrystory symetryczne) przewodzą prąd w obu kierunkach. Struktura półprzewodnikowa triaka zawiera pięć warstw półprzewodnikowych i ma bardziej złożoną konfigurację niż tyrystor. Wykorzystując kombinację warstw p i n tworzy się strukturę półprzewodnikową, w której przy różnych polaryzacjach napięcia spełnione są warunki odpowiadające bezpośredniej gałęzi charakterystyki prądowo-napięciowej tyrystora.

Tranzystory bipolarnepracuje w trybie klucza.W przeciwieństwie do dwuoperacyjnego tyrystora w głównym obwodzie tranzystora, konieczne jest utrzymanie sygnału sterującego przez cały stan przewodzenia przełącznika. W pełni sterowalny przełącznik można zrealizować za pomocą tranzystora bipolarnego.

doktorat Kolyada LI