Конверторски уређаји у електроенергетским системима

Електрична енергија се производи у електранама и дистрибуира углавном у облику наизменичне струје са фреквенцијом напајања. Велики број ипак потрошачи електричне енергије у индустрији захтева друге врсте електричне енергије за своје напајање.

Најчешће је потребно:

• Д.Ц. (електрохемијске и електролизне купке, једносмерни електропогон, електрични транспортни и дизајући уређаји, уређаји за електро заваривање);

• наизменична струја неиндустријска фреквенција (индукционо загревање, погон наизменичне струје променљиве брзине).

С тим у вези, постаје неопходно трансформисати наизменичну струју у једносмерну (исправљену) струју или при претварању наизменичне струје једне фреквенције у наизменичну струју друге фреквенције. У системима за пренос електричне енергије, у тиристорском једносмерном погону, постоји потреба за претварањем једносмерне струје у наизменичну струју (инверзија струје) на месту потрошње.

Ови примери не покривају све случајеве где је потребна конверзија електричне енергије из једног типа у други.Више од трећине све произведене електричне енергије претвара се у другу врсту енергије, због чега је технички напредак у великој мери везан за успешан развој уређаја за конверзију (конверторске опреме).

Класификација уређаја за конверзију технологије

Главне врсте претварача уређаја

Значајно место заузима удео претварача технолошких уређаја у енергетском билансу земље. Предности полупроводничких претварача, у поређењу са другим типовима претварача, су неоспорне. Главне предности су следеће:

— Полупроводнички претварачи имају високе регулационе и енергетске карактеристике;

— имају мале димензије и тежину;

— једноставан и поуздан у раду;

— обезбедити бесконтактно пребацивање струја у струјним колима.

Захваљујући овим предностима, полупроводнички претварачи имају широку примену: обојена металургија, хемијска индустрија, железнички и градски саобраћај, црна металургија, машинство, енергетика и друге индустрије.

Даћемо дефиниције главних типова уређаја за конверзију.

Исправљач То је уређај за претварање наизменичног напона у једносмерни (У ~ → У =).

Инвертером се назива уређај за претварање једносмерног напона у наизменични (У = → У ~).

Претварач фреквенције служи за претварање наизменичног напона једне фреквенције у наизменични напон друге фреквенције (Уф1→Уф2).

Конвертор наизменичног напона (регулатор) је пројектован да мења (регулише) напон који се доводи до оптерећења, тј. претвара наизменични напон једне величине у наизменични напон друге величине (У1 ~ → У2 ~).

Ево најчешће коришћених типова уређаја за конверзију технологије... Постоји велики број уређаја за конверзију дизајнираних да претварају (регулишу) величину једносмерне струје, број фаза претварача, облик криве напона итд.

Кратке карактеристике уређаја за претварање базе елемената

Сви уређаји за претварање, дизајнирани за различите намене, имају заједнички принцип рада, који се заснива на периодичном укључивању и искључивању електричних вентила. Тренутно се полупроводнички уређаји користе као електрични вентили. Најчешће коришћене диоде, тиристори, тријаци и транзистори снагеради у кључном режиму.

1. Диоде Представљају двоелектродне елементе електричног кола једностране проводљивости. Проводљивост диоде зависи од поларитета примењеног напона. Генерално, диоде се деле на диоде мале снаге (дозвољена средња струја Иа ≤ 1А), диоде средње снаге (додавање Иа = ​​1 — 10А) и диоде велике снаге (додавање Иа ≥ 10А). Према својој намени, диоде се деле на нискофреквентне (фадд ≤ 500 Хз) и високофреквентне (фдоп> 500 Хз).

Главни параметри исправљачких диода су највећа просечна исправљена струја Иа адиција, А и највећи реверзни напон Убмак, Б, који се може применити на диоду дуже време без опасности да поремети њен рад.

У претварачима средње и велике снаге Применити моћне (лавине) диоде. Ове диоде имају неке специфичне карактеристике јер раде на великим струјама и високим реверзним напонима, што резултира значајним ослобађањем снаге у п-н споју.Дакле, овде треба обезбедити ефикасне методе хлађења.

Још једна карактеристика енергетских диода је потреба за заштитом од краткотрајних пренапона који настају услед изненадних падова оптерећења, пребацивања и хитни режими.

Заштита диоде за напајање од пренапона састоји се у преносу могућег електричног квара п-н — прелазак са површинских површина на масу. У овом случају, слом има лавински карактер, а диоде се називају лавином. Такве диоде су у стању да прођу довољно велику обрнуту струју без прегревања локалних подручја.

Приликом развоја кола претварача, можда ће бити потребно добити исправљену струју која прелази максимално дозвољену вредност једне диоде. У овом случају се користи паралелна веза диода истог типа уз усвајање мера за изједначавање константних струја уређаја укључених у групу. Да би се повећао укупан дозвољени обрнути напон, користи се серијска веза диода. Истовремено, предвиђене су мере за искључивање неравномерне дистрибуције обрнутог напона.

Главна карактеристика полупроводничких диода је струјно-напонска (ВАЦ) карактеристика. Полупроводничка структура и симбол диоде приказани су на Сл. 1, а, б. Реверзна грана струјно-напонске карактеристике диоде приказана је на Сл. 1, ц (крива 1 — И — В карактеристика лавинске диоде, крива 2 — И — В карактеристика конвенционалне диоде).

Пиринач. 1 — Симбол и инверзна грана струјно-напонске карактеристике диоде.

Тиристори То је четворослојни полупроводнички уређај са два стабилна стања: стање ниске проводљивости (тиристор затворен) и високе проводљивости (тиристор отворен). Прелазак из једног стабилног стања у друго је последица деловања спољашњих фактора. Најчешће, за откључавање тиристора, утиче напон (струја) или светлост (фототиристори).

Разликовати диодне тиристоре (динисторе) и триодне тиристоре контролну електроду. Потоњи су подељени на једностепене и двостепене.

У тиристорима са једним дејством, само операција искључивања тиристора се врши на колу капије. Тиристор прелази у отворено стање са позитивним анодним напоном и присуством контролног импулса на контролној електроди. Дакле, главна карактеристика тиристора је могућност произвољног кашњења у тренутку његовог паљења у присуству напона напред на њему. Закључавање тиристора са једном операцијом (као и динистора) се врши променом поларитета напона анода-катода.

Двоструки тиристори омогућавају контролном колу да откључа и закључа тиристор. Закључавање се врши применом контролног импулса обрнутог поларитета на контролну електроду.

Треба напоменути да индустрија производи тиристоре са једним дејством за дозвољене струје од хиљада ампера и дозвољене напоне јединице киловолти. Постојећи тиристори двоструког дејства имају знатно мање дозвољене струје од једноструких (јединице и десетине ампера) и ниже дозвољене напоне. Такви тиристори се користе у релејној опреми и у конверторским уређајима мале снаге.

На сл.2 приказује конвенционалну ознаку тиристора, шему полупроводничке структуре и струјно-напонску карактеристику тиристора. Слова А, К, УЕ респективно означавају излазе контролног елемента аноде, катоде и тиристора.

Главни параметри који одређују избор тиристора и његов рад у колу претварача су: дозвољена струја унапред, Иа адитив, А; дозвољени предњи напон у затвореном стању, Уа мак, В, дозвољени реверзни напон, Убмак, В.

Максимални предњи напон тиристора, узимајући у обзир радне могућности кола претварача, не би требало да прелази препоручени радни напон.

Пиринач. 2 — Симбол тиристора, дијаграм структуре полупроводника и струјно-напонска карактеристика тиристора

Важан параметар је струја држања тиристора у отвореном стању, Исп, А, је минимална струја напред, при нижим вредностима од којих се тиристор искључује; параметар потребан за израчунавање минималног дозвољеног оптерећења претварача.

Друге врсте уређаја за конверзију

Тријаци (симетрични тиристори) проводе струју у оба смера. Полупроводничка структура триака садржи пет полупроводничких слојева и има сложенију конфигурацију од тиристора. Коришћењем комбинације п- и н-слојева ствара се полупроводничка структура у којој су, при различитим поларитетима напона, испуњени услови који одговарају директној грани струјно-напонске карактеристике тиристора.

Биполарни транзисториради у кључном режиму.За разлику од биоперативног тиристора у главном колу транзистора, потребно је одржавати контролни сигнал током читавог проводног стања прекидача. Потпуно управљиви прекидач се може реализовати са биполарним транзистором.

Др. Кољада Л.И.