Peranti penukar dalam sistem kuasa

Tenaga elektrik dijana dalam loji kuasa dan diagihkan terutamanya dalam bentuk arus ulang alik dengan frekuensi bekalan. Sebilangan besar walaupun pengguna elektrik dalam industri memerlukan jenis elektrik lain untuk bekalan kuasanya.

Selalunya diperlukan:

• D.C. (mandi elektrokimia dan elektrolisis, pemacu elektrik arus terus, alat pengangkutan dan pengangkat elektrik, peranti kimpalan elektrik);

• arus ulang alik kekerapan bukan industri (pemanasan aruhan, pemacu AC kelajuan berubah-ubah).

Dalam hubungan ini, adalah perlu untuk menukar arus ulang alik kepada arus terus (dibetulkan) atau apabila menukar arus ulang alik satu frekuensi kepada arus ulang alik frekuensi lain. Dalam sistem penghantaran kuasa elektrik, dalam pemacu DC thyristor, terdapat keperluan untuk menukar arus terus kepada arus ulang alik (penyongsangan arus) pada titik penggunaan.

Contoh-contoh ini tidak merangkumi semua kes di mana penukaran tenaga elektrik daripada satu jenis kepada yang lain diperlukan.Lebih daripada satu pertiga daripada semua tenaga elektrik yang dihasilkan ditukar kepada jenis tenaga lain, itulah sebabnya kemajuan teknikal sebahagian besarnya berkaitan dengan kejayaan pembangunan peranti penukaran (peralatan penukaran).

Klasifikasi peranti penukaran teknologi

Jenis utama peranti menukar

Bahagian menukar peranti teknologi dalam imbangan tenaga negara menduduki tempat yang penting. Kelebihan penukar semikonduktor, berbanding penukar jenis lain, tidak dapat dinafikan. Kelebihan utama adalah seperti berikut:

— Penukar semikonduktor mempunyai ciri peraturan dan tenaga yang tinggi;

- mempunyai dimensi dan berat yang kecil;

— mudah dan boleh dipercayai dalam operasi;

— menyediakan pensuisan tanpa sentuh arus dalam litar bekalan kuasa.

Terima kasih kepada kelebihan ini, penukar semikonduktor digunakan secara meluas: metalurgi bukan ferus, industri kimia, kereta api dan pengangkutan bandar, metalurgi ferus, kejuruteraan mekanikal, tenaga dan industri lain.

Kami akan memberikan takrifan jenis utama peranti penukaran.

Rectifier Ia adalah peranti untuk menukar voltan AC kepada voltan DC (U ~ → U =).

Penyongsang dipanggil peranti untuk menukar voltan terus kepada voltan ulang-alik (U = → U ~).

Penukar frekuensi berfungsi untuk menukar voltan ulang-alik satu frekuensi kepada voltan ulang-alik frekuensi lain (Uf1→Uf2).

Penukar voltan AC (pengawal selia) direka untuk menukar (mengawal) voltan yang dibekalkan kepada beban, i.e. menukar voltan AC satu kuantiti kepada voltan AC kuantiti lain (U1 ~ → U2 ~).

Berikut ialah jenis peranti penukaran teknologi yang paling banyak digunakan... Terdapat beberapa peranti penukaran yang direka untuk menukar (mengawal) magnitud arus terus, bilangan fasa penukar, bentuk lengkung voltan, dsb.

Ciri ringkas peranti penukar asas elemen

Semua peranti menukar, direka untuk tujuan yang berbeza, mempunyai prinsip operasi yang sama, yang berdasarkan pada menghidupkan dan mematikan injap elektrik secara berkala. Pada masa ini, peranti semikonduktor digunakan sebagai injap elektrik. Diod yang paling banyak digunakan, thyristor, triak dan transistor kuasaberfungsi dalam mod kunci.

1. Diod Mewakili elemen dua elektrod litar elektrik dengan kekonduksian satu sisi. Kekonduksian diod bergantung kepada kekutuban voltan yang digunakan. Secara amnya, diod dibahagikan kepada diod berkuasa rendah (arus purata dibenarkan Ia ≤ 1A), diod kuasa sederhana (menambah Ia = 1 — 10A) dan diod berkuasa tinggi (menambah Ia ≥ 10A). Mengikut tujuannya, diod dibahagikan kepada frekuensi rendah (fadd ≤ 500 Hz) dan frekuensi tinggi (fdop> 500 Hz).

Parameter utama diod penerus adalah purata arus diperbetulkan tertinggi, penambahan Ia, A, dan voltan terbalik tertinggi, Ubmax, B, yang boleh digunakan pada diod untuk masa yang lama tanpa bahaya mengganggu operasinya.

Dalam penukar kuasa sederhana dan tinggi Gunakan diod berkuasa (avalanche). Diod ini mempunyai beberapa ciri khusus kerana ia beroperasi pada arus tinggi dan voltan songsang yang tinggi, menghasilkan pelepasan kuasa yang ketara dalam persimpangan p-n.Jadi kaedah penyejukan yang berkesan harus disediakan di sini.

Satu lagi ciri diod kuasa ialah keperluan untuk melindungi daripada voltan lampau jangka pendek yang timbul daripada kejatuhan beban secara tiba-tiba, pensuisan dan mod kecemasan.

Perlindungan diod bekalan kuasa daripada voltan lampau terdiri daripada pemindahan kemungkinan kerosakan elektrik p-n — peralihan dari kawasan permukaan kepada pukal. Dalam kes ini, pecahan mempunyai watak avalanche, dan diod dipanggil avalanche. Diod sedemikian mampu melepasi arus terbalik yang cukup besar tanpa terlalu panas kawasan tempatan.

Apabila membangunkan litar peranti penukar, ia mungkin perlu untuk mendapatkan arus diperbetulkan melebihi nilai maksimum yang dibenarkan bagi satu diod. Dalam kes ini, sambungan selari diod jenis yang sama digunakan dengan penggunaan langkah-langkah untuk menyamakan arus malar peranti yang termasuk dalam kumpulan. Untuk meningkatkan jumlah voltan terbalik yang dibenarkan, sambungan siri diod digunakan. Pada masa yang sama, langkah-langkah disediakan untuk mengecualikan pengagihan voltan terbalik yang tidak sekata.

Ciri utama diod semikonduktor ialah ciri voltan semasa (VAC). Struktur semikonduktor dan simbol diod ditunjukkan dalam Rajah. 1, a, b. Cawangan terbalik bagi ciri voltan arus diod ditunjukkan dalam Rajah. 1, c (lengkung 1 — I — V ciri diod longsor, lengkung 2 — I — V ciri diod konvensional).

nasi. 1 — Simbol dan cabang songsang bagi ciri voltan arus diod.

Thyristors Ia adalah peranti semikonduktor empat lapisan dengan dua keadaan stabil: keadaan kekonduksian rendah (thyristor tertutup) dan kekonduksian tinggi (thyristor open). Peralihan dari satu keadaan stabil ke keadaan lain adalah disebabkan oleh tindakan faktor luaran. Selalunya, untuk membuka kunci thyristor, ia dipengaruhi oleh voltan (semasa) atau cahaya (photothyristor).

Bezakan thyristor diod (dynistor) dan thyristor triod mengawal elektrod. Yang terakhir dibahagikan kepada peringkat tunggal dan dua peringkat.

Dalam thyristor satu tindakan, hanya operasi mematikan thyristor dilakukan pada litar pintu. Thyristor masuk ke dalam keadaan terbuka dengan voltan anod positif dan kehadiran nadi kawalan pada elektrod kawalan. Oleh itu, ciri membezakan utama thyristor adalah kemungkinan kelewatan sewenang-wenangnya pada masa penembakannya dengan kehadiran voltan ke hadapan di atasnya. Penguncian thyristor satu operasi (serta dinistor) dilakukan dengan menukar kekutuban voltan anod-katod.

Thyristor dwi tugas membenarkan litar kawalan untuk membuka kunci dan mengunci thyristor. Penguncian dilakukan dengan menggunakan nadi kawalan kekutuban terbalik pada elektrod kawalan.

Perlu diingatkan bahawa industri menghasilkan thyristor satu tindakan untuk arus yang dibenarkan beribu-ribu ampere dan voltan yang dibenarkan bagi satu unit kilovolt. Thyristor dua tindakan sedia ada mempunyai arus dibenarkan yang jauh lebih rendah daripada satu tindakan (unit dan berpuluh-puluh ampere) dan voltan dibenarkan yang lebih rendah. Thyristor sedemikian digunakan dalam peralatan geganti dan dalam peranti penukar kuasa rendah.

Dalam rajah.2 menunjukkan penetapan konvensional thyristor, skema struktur semikonduktor dan ciri voltan semasa thyristor. Huruf A, K, UE masing-masing menandakan output unsur kawalan anod, katod dan thyristor.

Parameter utama yang menentukan pilihan thyristor dan operasinya dalam litar penukar ialah: arus hadapan yang dibenarkan, aditif Ia, A; voltan hadapan yang dibenarkan dalam keadaan tertutup, Ua maks, V, voltan terbalik yang dibenarkan, Ubmax, V.

Voltan ke hadapan maksimum thyristor, dengan mengambil kira keupayaan operasi litar penukar, tidak boleh melebihi voltan operasi yang disyorkan.

nasi. 2 — Simbol thyristor, gambar rajah struktur semikonduktor dan ciri voltan arus thyristor

Parameter penting ialah arus pegangan thyristor dalam keadaan terbuka, Isp, A, ialah arus hadapan minimum, pada nilai yang lebih rendah yang mana thyristor dimatikan; parameter yang diperlukan untuk mengira beban minimum penukar yang dibenarkan.

Jenis peranti penukaran lain

Triacs (thyristor simetri) mengalirkan arus dalam kedua-dua arah. Struktur semikonduktor triac mengandungi lima lapisan semikonduktor dan mempunyai konfigurasi yang lebih kompleks daripada thyristor. Menggunakan gabungan lapisan p dan n mencipta struktur semikonduktor di mana, pada kekutuban voltan yang berbeza, keadaan yang sepadan dengan cawangan langsung ciri voltan arus thyristor dipenuhi.

Transistor bipolarberfungsi dalam mod kunci.Tidak seperti thyristor dwi-operasi dalam litar utama transistor, adalah perlu untuk mengekalkan isyarat kawalan sepanjang keseluruhan keadaan konduktor suis. Suis yang boleh dikawal sepenuhnya boleh direalisasikan dengan transistor bipolar.

Ph.D. Kolyada L.I.