Güç sistemlerinde dönüştürücü cihazlar

Elektrik enerjisi, enerji santrallerinde üretilir ve esas olarak bir besleme frekansına sahip alternatif akım şeklinde dağıtılır. çok sayıda ama elektrik tüketicileri endüstride güç kaynağı için başka elektrik türleri gerekir.

Çoğu zaman gerekli:

• DC (elektrokimyasal ve elektroliz banyoları, doğru akım elektrikli tahrik, elektrikli taşıma ve kaldırma cihazları, elektrikli kaynak cihazları);

• alternatif akım endüstriyel olmayan frekans (indüksiyonla ısıtma, değişken hızlı AC sürücü).

Bu bağlamda, alternatif akımı doğru (doğrultulmuş) akıma dönüştürmek veya bir frekansın alternatif akımını başka bir frekansın alternatif akımına dönüştürürken gerekli hale gelir. Elektrik güç iletim sistemlerinde, bir tristörlü DC sürücüde, tüketim noktasında doğru akımı alternatif akıma (akım ters çevirme) dönüştürme ihtiyacı vardır.

Bu örnekler, elektrik enerjisinin bir türden diğerine dönüştürülmesinin gerekli olduğu tüm durumları kapsamaz.Üretilen tüm elektriğin üçte birinden fazlası başka bir enerji türüne dönüştürülür, bu nedenle teknik ilerleme büyük ölçüde dönüştürme cihazlarının (dönüştürme ekipmanı) başarılı bir şekilde geliştirilmesiyle ilgilidir.

Teknoloji dönüştürme cihazlarının sınıflandırılması

Başlıca dönüştürme cihazları türleri

Ülke enerji dengesinde dönüştürücü teknolojik cihazların payı önemli yer tutmaktadır. Yarı iletken dönüştürücülerin diğer dönüştürücü türlerine kıyasla avantajları yadsınamaz. Başlıca avantajları şunlardır:

— Yarı iletken dönüştürücüler, yüksek düzenleme ve enerji özelliklerine sahiptir;

— küçük boyutlara ve ağırlığa sahip;

— operasyonda basit ve güvenilir;

— güç kaynağı devrelerindeki akımların temassız anahtarlanmasını sağlar.

Bu avantajlar sayesinde yarı iletken dönüştürücüler yaygın olarak kullanılmaktadır: demir dışı metalurji, kimya endüstrisi, demiryolu ve şehir içi ulaşım, demir metalurjisi, makine mühendisliği, enerji ve diğer endüstriler.

Ana dönüştürme cihazı türlerinin tanımlarını vereceğiz.

Doğrultucu AC gerilimi DC gerilime çeviren cihazdır (U ~ → U =).

Bir invertör, doğru voltajı alternatif voltaja dönüştüren bir cihaz olarak adlandırılır (U = → U ~).

Bir frekans dönüştürücü, bir frekansın alternatif voltajını başka bir frekansın (Uf1→Uf2) alternatif voltajına dönüştürmeye yarar.

Bir AC voltaj dönüştürücü (regülatör), yüke sağlanan voltajı değiştirmek (düzenlemek) için tasarlanmıştır, yani; bir niceliğin AC gerilimini başka bir niceliğin AC gerilimine dönüştürür (U1 ~ → U2 ~).

İşte en yaygın kullanılan teknoloji dönüştürme cihazları türleri... Doğru akımın büyüklüğünü, dönüştürücü faz sayısını, voltaj eğrisinin şeklini vb. dönüştürmek (düzenlemek) için tasarlanmış bir dizi dönüştürme cihazı vardır.

Eleman tabanı dönüştürme cihazlarının kısa özellikleri

Farklı amaçlar için tasarlanmış tüm dönüştürme cihazları, elektrikli vanaların periyodik olarak açılıp kapanmasına dayanan ortak bir çalışma prensibine sahiptir. Şu anda, yarı iletken cihazlar elektrikli valfler olarak kullanılmaktadır. En çok kullanılan diyotlar, tristörler, triyaklar ve güç transistörlerianahtar modunda çalışır.

1. Diyotlar Bir elektrik devresinin tek taraflı iletkenliğe sahip iki elektrotlu elemanlarını temsil eder. Bir diyotun iletkenliği, uygulanan voltajın polaritesine bağlıdır. Genel olarak, diyotlar düşük güçlü diyotlara (izin verilen ortalama akım Ia ≤ 1A), orta güçlü diyotlara (Ia = 1 — 10A eklenerek) ve yüksek güçlü diyotlara (Ia ≥ 10A eklenerek) ayrılır. Diyotlar amaçlarına göre düşük frekanslı (fadd ≤ 500 Hz) ve yüksek frekanslı (fdop> 500 Hz) olmak üzere ikiye ayrılır.

Doğrultucu diyotların ana parametreleri, diyotun çalışmasını bozma tehlikesi olmadan uzun süre uygulanabilen en yüksek ortalama doğrultulmuş akım, Ia ilavesi, A ve en yüksek ters voltaj, Ubmax, B'dir.

Orta ve yüksek güçlü dönüştürücülerde güçlü (çığ) diyotlar uygulayın. Bu diyotlar, yüksek akımlarda ve yüksek ters voltajlarda çalıştıkları için bazı spesifik özelliklere sahiptir, bu da p-n bağlantısında önemli miktarda güç salınımına neden olur.Bu yüzden burada etkili soğutma yöntemleri sağlanmalıdır.

Güç diyotlarının bir diğer özelliği de ani yük düşmelerinden, anahtarlamalardan ve aşırı yüklenmelerden kaynaklanan kısa süreli aşırı gerilimlere karşı koruma ihtiyacıdır. acil durum modları.

Güç kaynağı diyodunun aşırı gerilimden korunması, olası bir elektrik arızasının p-n - yüzey alanlarından kütleye geçiş - iletilmesinden oluşur. Bu durumda, arıza çığ karakterine sahiptir ve diyotlara çığ denir. Bu tür diyotlar, yerel alanları aşırı ısıtmadan yeterince büyük bir ters akımı geçebilir.

Dönüştürücü cihazların devrelerini geliştirirken, tek bir diyotun izin verilen maksimum değerini aşan doğrultulmuş bir akım elde etmek gerekli olabilir. Bu durumda, gruba dahil olan cihazların sabit akımlarını eşitlemek için önlemlerin alınmasıyla aynı tipteki diyotların paralel bağlantısı kullanılır. İzin verilen toplam ters voltajı artırmak için diyotların seri bağlantısı kullanılır. Aynı zamanda, ters voltajın eşit olmayan dağılımını ortadan kaldırmak için önlemler sağlanır.

Yarı iletken diyotların temel özelliği akım-voltaj (VAC) karakteristiğidir. Yarı iletken yapı ve diyot sembolü Şekil 1'de gösterilmektedir. 1, bir, b. Diyotun akım-gerilim karakteristiğinin ters dalı, Şekil 2'de gösterilmektedir. 1, c (bir çığ diyodunun eğri 1 — I — V özelliği, geleneksel bir diyotun eğri 2 — I — V özelliği).

Pirinç. 1 — Diyot akım-gerilim karakteristiğinin sembolü ve ters dalı.

Tristörler İki kararlı duruma sahip dört katmanlı bir yarı iletken cihazdır: düşük iletkenlik durumu (tristör kapalı) ve yüksek iletkenlik durumu (tristör açık). Bir kararlı durumdan diğerine geçiş, dış faktörlerin etkisinden kaynaklanır. Çoğu zaman, bir tristörün kilidini açmak için voltajdan (akım) veya ışıktan (fototiristörler) etkilenir.

Ayırt diyot tristörler (dynistörler) ve triyot tristörler kontrol elektrodu. İkincisi, tek seviyeli ve iki seviyeli olarak ayrılmıştır.

Tek etkili tristörlerde kapı devresinde sadece tristör kapatma işlemi yapılır. Tristör, pozitif bir anot voltajı ve kontrol elektrodu üzerinde bir kontrol darbesinin varlığı ile açık duruma geçer. Bu nedenle, tristörün ana ayırt edici özelliği, üzerinde bir ileri voltaj varlığında ateşleme anında keyfi gecikme olasılığıdır. Tek işlemli bir tristörün (ve bir dinistörün) kilitlenmesi, anot-katot voltajının polaritesi değiştirilerek gerçekleştirilir.

Çift görevli tristörler, kontrol devresinin tristörü hem açmasına hem de kilitlemesine izin verir. Kilitleme, kontrol elektroduna ters polaritede bir kontrol darbesi uygulanarak gerçekleştirilir.

Endüstrinin, binlerce amperlik izin verilen akımlar ve bir birim kilovoltluk izin verilen voltajlar için tek etkili tristörler ürettiğine dikkat edilmelidir. Mevcut çift etkili tristörler, tek etkili olanlardan önemli ölçüde daha düşük izin verilen akımlara (birimler ve onlarca amper) ve izin verilen daha düşük voltajlara sahiptir. Bu tür tristörler, röle ekipmanında ve düşük güçlü dönüştürücü cihazlarda kullanılır.

İncirde.Şekil 2, tristörün geleneksel tanımını, yarı iletken yapının şemasını ve tristörün akım-gerilim karakteristiğini gösterir. A, K, UE harfleri sırasıyla anot, katot ve tristör kontrol elemanının çıkışlarını gösterir.

Bir tristör seçimini ve dönüştürücü devresindeki çalışmasını belirleyen ana parametreler şunlardır: izin verilen ileri akım, Ia katkı maddesi, A; kapalı durumda izin verilen ileri gerilim, Ua maks, V, izin verilen ters gerilim, Ubmax, V.

Dönüştürücü devresinin çalışma kapasitesi dikkate alınarak tristörün maksimum ileri voltajı, önerilen çalışma voltajını geçmemelidir.

Pirinç. 2 — Tristör sembolü, yarı iletken yapı şeması ve tristör akım-gerilim karakteristiği

Önemli bir parametre, tristörün açık durumda tutma akımıdır, Isp, A, tristörün kapandığı daha düşük değerlerde minimum ileri akımdır; dönüştürücünün izin verilen minimum yükünü hesaplamak için gereken parametre.

Diğer dönüştürme cihazları türleri

Triyaklar (simetrik tristörler) akımı her iki yönde de iletir. Bir triyakın yarı iletken yapısı, beş yarı iletken katman içerir ve tristörden daha karmaşık bir konfigürasyona sahiptir. p- ve n-katmanlarının bir kombinasyonunun kullanılması, farklı voltaj polaritelerinde, tristörün akım-gerilim karakteristiğinin doğrudan dalına karşılık gelen koşulların karşılandığı bir yarı iletken yapı oluşturur.

bipolar transistörleranahtar modunda çalışır.Transistörün ana devresindeki iki işlemli tristörden farklı olarak, anahtarın tüm iletim durumu boyunca bir kontrol sinyali sağlamak gerekir. Bipolar transistör ile tamamen kontrol edilebilir bir anahtar gerçekleştirilebilir.

Doktora Kolyada L.I.