Converter device sa power system

Ang enerhiyang elektrikal ay nabuo sa mga power plant at pangunahing ipinamamahagi sa anyo ng alternating current na may dalas ng supply. Ang isang malaking bilang bagaman mga mamimili ng kuryente sa industriya ay nangangailangan ng iba pang uri ng kuryente para sa suplay ng kuryente nito.

Kadalasang kinakailangan:

• D.C. (electrochemical at electrolysis bath, direktang kasalukuyang electric drive, electric transport at lifting device, electric welding device);

• alternating current dalas na hindi pang-industriya (induction heating, variable na bilis ng AC drive).

Sa koneksyon na ito, ito ay nagiging kinakailangan upang ibahin ang alternating kasalukuyang sa direktang (rectified) kasalukuyang o kapag nagko-convert ng alternating kasalukuyang ng isang dalas sa alternating kasalukuyang ng isa pang frequency. Sa mga sistema ng paghahatid ng kuryente, sa isang thyristor DC drive, mayroong pangangailangan na i-convert ang direktang kasalukuyang sa alternating current (kasalukuyang inversion) sa punto ng pagkonsumo.

Ang mga halimbawang ito ay hindi sumasaklaw sa lahat ng mga kaso kung saan ang conversion ng elektrikal na enerhiya mula sa isang uri patungo sa isa pa ay kinakailangan.Mahigit sa isang-katlo ng lahat ng elektrisidad na ginawa ay na-convert sa isa pang uri ng enerhiya, kung kaya't ang teknikal na pag-unlad ay higit na nauugnay sa matagumpay na pag-unlad ng mga aparato ng conversion (mga kagamitan sa pag-convert).

Pag-uuri ng mga aparato ng conversion ng teknolohiya

Ang mga pangunahing uri ng pag-convert ng mga aparato

Ang bahagi ng pag-convert ng mga teknolohikal na aparato sa balanse ng enerhiya ng bansa ay sumasakop sa isang makabuluhang lugar. Ang mga bentahe ng mga semiconductor converter, kumpara sa iba pang mga uri ng mga converter, ay hindi maikakaila. Ang pangunahing bentahe ay ang mga sumusunod:

— Ang mga semiconductor converter ay may mataas na regulasyon at mga katangian ng enerhiya;

- may maliit na sukat at timbang;

— simple at maaasahan sa pagpapatakbo;

— magbigay ng contactless switching ng mga alon sa mga power supply circuit.

Salamat sa mga kalamangan na ito, ang mga semiconductor converter ay malawakang ginagamit: non-ferrous metalurgy, industriya ng kemikal, railway at urban transport, ferrous metalurgy, mechanical engineering, enerhiya at iba pang industriya.

Magbibigay kami ng mga kahulugan ng mga pangunahing uri ng mga device ng conversion.

Rectifier Ito ay isang aparato para sa pag-convert ng AC boltahe sa DC boltahe (U ~ → U =).

Ang isang inverter ay tinatawag na isang aparato para sa pag-convert ng direktang boltahe sa alternating boltahe (U = → U ~).

Ang isang frequency converter ay nagsisilbi upang i-convert ang isang alternating boltahe ng isang frequency sa isang alternating boltahe ng isa pang frequency (Uf1→Uf2).

Ang isang AC voltage converter (regulator) ay idinisenyo upang baguhin (regulate) ang boltahe na ibinibigay sa load, i.e. kino-convert ang AC boltahe ng isang dami sa AC boltahe ng isa pang dami (U1 ~ → U2 ~).

Narito ang pinakamalawak na ginagamit na mga uri ng mga device sa conversion ng teknolohiya... Mayroong ilang mga conversion device na idinisenyo upang i-convert (regulahin) ang magnitude ng direktang kasalukuyang, ang bilang ng mga phase ng converter, ang hugis ng curve ng boltahe, atbp.

Mga maikling katangian ng mga device na nagko-convert ng base ng elemento

Ang lahat ng mga nagko-convert na device, na idinisenyo para sa iba't ibang layunin, ay may isang karaniwang prinsipyo ng pagpapatakbo, na batay sa pana-panahong pag-on at off ng mga electric valve. Sa kasalukuyan, ang mga aparatong semiconductor ay ginagamit bilang mga de-koryenteng balbula. Ang pinakakaraniwang ginagamit na mga diode, thyristors, triacs at kapangyarihan transistorsgumagana sa key mode.

1. Ang mga Diode ay kumakatawan sa dalawang-electrode na elemento ng isang electric circuit na may one-sided conductivity. Ang conductance ng isang diode ay depende sa polarity ng inilapat na boltahe. Sa pangkalahatan, ang mga diode ay nahahati sa mga low-power diode (pinahihintulutang average na kasalukuyang Ia ≤ 1A), medium-power diodes (pagdaragdag ng Ia = 1 — 10A) at mga high-power na diode (pagdaragdag ng Ia ≥ 10A). Ayon sa kanilang layunin, ang mga diode ay nahahati sa low-frequency (fadd ≤ 500 Hz) at high-frequency (fdop> 500 Hz).

Ang pangunahing mga parameter ng rectifier diodes ay ang pinakamataas na average na rectified kasalukuyang, Ia karagdagan, A, at ang pinakamataas na reverse boltahe, Ubmax, B, na maaaring mailapat sa diode sa loob ng mahabang panahon nang walang panganib na makagambala sa operasyon nito.

Sa mga medium at high power converter Ilapat ang malalakas (avalanche) diodes. Ang mga diode na ito ay may ilang partikular na katangian habang gumagana ang mga ito sa matataas na agos at mataas na reverse voltages, na nagreresulta sa makabuluhang pagpapalabas ng kuryente sa p-n junction.Kaya ang mga epektibong paraan ng paglamig ay dapat ibigay dito.

Ang isa pang tampok ng power diodes ay ang pangangailangang protektahan laban sa panandaliang overvoltage na nagmumula sa biglaang pagbaba ng load, paglipat at emergency mode.

Ang proteksyon ng power supply diode mula sa overvoltage ay binubuo sa paglipat ng isang posibleng electrical breakdown p-n - isang paglipat mula sa mga lugar sa ibabaw patungo sa bulk. Sa kasong ito, ang breakdown ay may avalanche character, at ang mga diode ay tinatawag na avalanche. Ang ganitong mga diode ay nakakapagpasa ng isang sapat na malaking reverse current nang walang sobrang pag-init ng mga lokal na lugar.

Kapag bumubuo ng mga circuits ng mga converter device, maaaring kailanganin na kumuha ng rectified current na lumalampas sa maximum allowable value ng isang diode. Sa kasong ito, ang parallel na koneksyon ng mga diode ng parehong uri ay ginagamit sa pag-aampon ng mga hakbang upang pantay-pantay ang pare-parehong mga alon ng mga device na kasama sa grupo. Upang madagdagan ang kabuuang pinahihintulutang reverse boltahe, ginagamit ang serye na koneksyon ng mga diode. Kasabay nito, ang mga hakbang ay ibinigay upang ibukod ang hindi pantay na pamamahagi ng reverse boltahe.

Ang pangunahing katangian ng semiconductor diodes ay ang kasalukuyang-boltahe (VAC) na katangian. Ang istraktura ng semiconductor at simbolo ng diode ay ipinapakita sa Fig. 1, a, b. Ang reverse branch ng kasalukuyang-boltahe na katangian ng diode ay ipinapakita sa Fig. 1, c (curve 1 — I — V na katangian ng isang avalanche diode, curve 2 — I — V na katangian ng isang maginoo na diode).

kanin. 1 - Simbolo at kabaligtaran na sangay ng katangian ng kasalukuyang-boltahe ng diode.

Thyristors Ito ay isang four-layer semiconductor device na may dalawang stable na estado: isang estado ng mababang conductivity (thyristor closed) at mataas na conductivity (thyristor open). Ang paglipat mula sa isang matatag na estado patungo sa isa pa ay dahil sa pagkilos ng mga panlabas na kadahilanan. Kadalasan, upang i-unlock ang isang thyristor, ito ay apektado ng boltahe (kasalukuyan) o liwanag (photothyristors).

Nakikilala ang diode thyristors (dynistors) at triode thyristors control electrode. Ang huli ay nahahati sa single-level at two-level.

Sa single-action na mga thyristor, tanging ang thyristor turn-off na operasyon ang ginagawa sa gate circuit. Ang thyristor ay napupunta sa bukas na estado na may positibong boltahe ng anode at ang pagkakaroon ng isang control pulse sa control electrode. Samakatuwid, ang pangunahing tampok na nakikilala ng thyristor ay ang posibilidad ng di-makatwirang pagkaantala sa oras ng pagpapaputok nito sa pagkakaroon ng isang pasulong na boltahe dito. Ang pag-lock ng isang single-operation thyristor (pati na rin ang isang dinistor) ay isinasagawa sa pamamagitan ng pagbabago ng polarity ng anode-cathode boltahe.

Ang dual duty thyristors ay nagpapahintulot sa control circuit na parehong i-unlock at i-lock ang thyristor. Ang pag-lock ay isinasagawa sa pamamagitan ng paglalagay ng control pulse ng reverse polarity sa control electrode.

Dapat pansinin na ang industriya ay gumagawa ng single-action thyristors para sa pinahihintulutang mga alon ng libu-libong amperes at pinapayagan na mga boltahe ng isang yunit ng kilovolts. Ang mga kasalukuyang double-action na thyristor ay may makabuluhang mas mababang pinapahintulutang mga alon kaysa sa mga single-action na (mga yunit at sampu-sampung amperes) at mas mababang pinapayagang mga boltahe. Ang ganitong mga thyristor ay ginagamit sa relay equipment at sa mga low-power converter device.

Sa fig.Ang 2 ay nagpapakita ng maginoo na pagtatalaga ng thyristor, ang eskematiko ng istraktura ng semiconductor at ang kasalukuyang boltahe na katangian ng thyristor. Ang mga titik A, K, UE ayon sa pagkakabanggit ay tumutukoy sa mga output ng anode, cathode at thyristor control element.

Ang pangunahing mga parameter na tumutukoy sa pagpili ng isang thyristor at ang pagpapatakbo nito sa converter circuit ay: pinahihintulutang pasulong na kasalukuyang, Ia additive, A; pinahihintulutang pasulong na boltahe sa saradong estado, Ua max, V, pinapayagang reverse boltahe, Ubmax, V.

Ang maximum na pasulong na boltahe ng thyristor, na isinasaalang-alang ang mga kakayahan sa pagpapatakbo ng converter circuit, ay hindi dapat lumampas sa inirerekomendang operating boltahe.

kanin. 2 — Simbolo ng thyristor, diagram ng istruktura ng semiconductor at katangian ng kasalukuyang boltahe ng thyristor

Ang isang mahalagang parameter ay ang hawak na kasalukuyang ng thyristor sa bukas na estado, Isp, A, ay ang minimum na pasulong na kasalukuyang, sa mas mababang mga halaga kung saan ang thyristor ay naka-off; parameter na kailangan upang kalkulahin ang minimum na pinapayagang pagkarga ng converter.

Iba pang mga uri ng mga device ng conversion

Ang mga triac (symmetrical thyristors) ay nagsasagawa ng kasalukuyang sa parehong direksyon. Ang istraktura ng semiconductor ng isang triac ay naglalaman ng limang mga layer ng semiconductor at may mas kumplikadong pagsasaayos kaysa sa thyristor. Ang paggamit ng isang kumbinasyon ng mga p- at n-layer ay lumikha ng isang istraktura ng semiconductor kung saan, sa iba't ibang mga polaridad ng boltahe, ang mga kondisyon na naaayon sa direktang sangay ng kasalukuyang-boltahe na katangian ng thyristor ay natutupad.

Bipolar transistorgumagana sa key mode.Hindi tulad ng bi-operational thyristor sa pangunahing circuit ng transistor, kinakailangan upang mapanatili ang isang control signal sa buong estado ng pagsasagawa ng switch. Ang isang ganap na nakokontrol na switch ay maaaring maisakatuparan sa isang bipolar transistor.

Ph.D. Kolyada L.I.