Меню

Типы преобразовательных устройств применяемые в электроприводах постоянного тока

Онлайн журнал электрика

Статьи по электроремонту и электромонтажу

  • Справочник электрика
    • Бытовые электроприборы
    • Библиотека электрика
    • Инструмент электрика
    • Квалификационные характеристики
    • Книги электрика
    • Полезные советы электрику
    • Электричество для чайников
  • Справочник электромонтажника
    • КИП и А
    • Полезная информация
    • Полезные советы
    • Пусконаладочные работы
  • Основы электротехники
    • Провода и кабели
    • Программа профессионального обучения
    • Ремонт в доме
    • Экономия электроэнергии
    • Учёт электроэнергии
    • Электрика на производстве
  • Ремонт электрооборудования
    • Трансформаторы и электрические машины
    • Уроки электротехники
    • Электрические аппараты
    • Эксплуатация электрооборудования
  • Электромонтажные работы
    • Электрические схемы
    • Электрические измерения
    • Электрическое освещение
    • Электробезопасность
    • Электроснабжение
    • Электротехнические материалы
    • Электротехнические устройства
    • Электротехнологические установки

Преобразовательные устройства в системах электроснабжения

Преобразовательные устройства в системах электроснабженияЭлектронная энергия вырабатывается на электрических станциях и распределяется приемущественно в виде переменного тока промышленной частоты. Но огромное количество потребителей электроэнергии в индустрии просит для собственного питания другие виды электроэнергии.

В большинстве случаев требуется:

— неизменный ток (химические и электролизные ванны, электропривод неизменного тока, электронный транспорт и подъемные устройства, электросварочные агрегаты);

— переменный ток непромышленной частоты (индукционный нагрев, регулируемый привод переменного тока).

В связи с этим появляется необходимость а преобразовании
переменного тока в неизменный (выпрямленный) ток, либо в преобразовании переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты.
В системах передачи электронной энергии, в тиристорном электроприводе неизменного тока, появляется потребность в преобразовании неизменного тока в переменный (инвертирование тока) в месте употребления.

Данные примеры обхватывают не все случаи, когда требуется преобразовывать электронную энергию 1-го вида в другой. Более трети всей вырабатываемой электроэнергии преобразуется в другой вид энергии, потому технический прогресс почти во всем связан с удачным развитием преобразовательных устройств (преобразовательной техники).

Главные виды преобразовательных устройств

Систематизация устройств преобразовательной техники

Главные виды преобразовательных устройств

Удельный вес устройств преобразовательной техники в энергетическом балансе страны занимает существенное место. Достоинства
полупроводниковых преобразователей , по сопоставлению с другими видами преобразователей, неопровержимы. Главные достоинства заключаются в последующем:

— Полупроводниковые преобразователи владеют высочайшими регулировочными и энергетическими показателями;

— имеют малые габариты и массу;

— ординарны и надежны в эксплуатации;

— обеспечивают бесконтактную коммутацию токов в силовых
цепях.

Благодаря обозначенным преимуществам полупроводниковые
преобразователи получили обширное применение: цветной металлургии, хим индустрии, на жд и городском транспорте, в темной металлургии, машиностроении, энергетике и других отраслях.

Дадим определения главных видов преобразовательных устройств .

Главные виды преобразовательных устройствВыпрямитель – это устройство для преобразования переменного напряжения в неизменное напряжение (U

Инвертором именуют устройство для преобразования неизменного напряжения в переменное напряжение (U=
→ U

Преобразователь частоты служит для преобразования переменного напряжения одной частоты в переменное напряжение другой частоты (Uf1 → Uf2).

Преобразователь переменного напряжения (регулятор) предназначен для конфигурации (регулирования) подводимого к нагрузке напряжения, т.е. конвертирует переменное напряжение одной величины в переменное напряжение другой величины (U1

Тут названы более обширно используемые типы устройств преобразовательной техники . Имеется ряд преобразовательных устройств, созданных для преобразования (регулирования) величины неизменного тока, числа фаз преобразователя, формы кривой напряжения и др.

Короткая черта элементной базы
преобразовательных устройств

Все преобразовательные устройства , разработанные для различных целей, имеют общий механизм работы, который основан на повторяющемся включении и выключении электронных вентилей.
В текущее время в качестве электронных вентилей используются полупроводниковые приборы.
Наибольшее применение получили диоды, тиристоры , симисторы и силовые транзисторы , работающие в главном режиме.

1. Диоды – это двухэлектродные элементы электронной цепи, владеющие однобокой проводимостью. Проводимость диодика находится в зависимости от полярности приложенного напряжения. Условно диоды делят на диоды малой мощности (допускаемый средний ток Iа доп
≤ 1А), диоды средней мощности (Iа доп = 1 — 10А) и диоды большой мощности (Iа доп
≥ 10А). По предназначению диоды делятся на низкочастотные (fдоп
≤ 500 Гц) и высокочастотные (fдоп > 500 Гц).

массивные диодыОсновными параметрами выпрямительных диодов являются
наибольшее среднее значение выпрямленного тока , Iа доп, А, и наибольшее оборотное напряжение , Ubmax, В, которое может быть приложено к диодику в течение долгого времени без угрозы нарушения его работы.

В преобразователях средней и большой мощности используются массивные (лавинные) диоды. Эти диоды имеют некие специальные особенности, так как работают при огромных токах и больших оборотных напряжениях, что приводит к выделению значимой мощности в р- n – переходе. Потому тут должны предусматриваться действенные методы остывания.

Другая особенность массивных диодов – необходимость их защиты от краткосрочных перенапряжений, возникающих при резких сбросах нагрузки, коммутационных и аварийных режимах.

ДиодыЗащита силового диодика от перенапряжений заключается в переводе вероятного электронного пробоя р- n – перехода с поверхностных участков в большие. В данном случае пробой носит лавинный нрав, а диоды именуют лавинными. Такие диоды способны пропускать довольно большой оборотный ток без перегрева локальных участков.

При разработке схем преобразовательных устройств может появиться необходимость получить выпрямленный ток, превосходящий максимально допустимое значение 1-го диодика. В данном случае используют параллельное включение однотипных диодов с принятием мер по выравниванию прямых токов устройств, входящих в группу. Для роста суммарного допустимого оборотного напряжения употребляют последовательное соединение диодов. При всем этом также предугадывают меры, исключающие неравномерное рассредотачивание оборотного напряжения.

Основной чертой полупроводниковых диодов является вольт-амперная черта (ВАХ). Полупроводниковая структура и условное обозначение диодика показано на рис 1, а,б. Оборотная ветвь вольт-амперной свойства диодика – на рис. 1, в (кривая 1 – ВАХ лавинного диодика, кривая 2 – ВАХ обыденного дио-да).

Рис. 1 — Условное обозначение и оборотная ветвь вольт-амперной свойства диодика.

Тиристоры – это четырехслойный полупроводниковый прибор, владеющий 2-мя устойчивыми состояниями: состоянием с низкой проводимостью (тиристор закрыт) и состоянием с высочайшей проводимостью (тиристор открыт). Переход из 1-го устойчивого состояния в другое обоснован действием наружных причин. Более нередко для отпирания тиристора на него действуют напряжением (током) либо светом (фототиристоры).

ТиристорыРазличают диодные тиристоры (динисторы) и триодные тиристоры , имеющие управляющий электрод. Последние делятся на однооперационные и двухоперационные.

В однооперационных тиристорах по цепи управляющего электрода осуществляется только операция отпирания тиристора. Тиристор перебегает в открытое состояние при положительном анодном напряжении и наличии управляющего импульса на электроде управления. Как следует, основной отличительной особенностью тиристора является возможность случайной задержки момента его отпирания при наличии на нем прямого напряжения. Запирание однооперационного тиристора, (также динистора) делается конфигурацией полярности напряжения анод – катод.

Двухоперационные тиристоры допускают по цепи управления и отпирание и запирание тиристора. Запирание осуществляется подачей импульса управления оборотной полярности на электрод управления.

Следует учитывать, что индустрия выпускает однооперационные тиристоры на допустимые токи тыщи ампер и допустимые напряжения единицы киловольт. Имеющиеся же двухоперационные тиристоры имеют существенно наименьшие допустимые токи, чем однооперационные (единицы и 10-ки ампер), и наименьшие допустимые напряжения. Такие тиристоры употребляются в релейной аппаратуре и в маломощных преобразовательных устройствах.

На рис. 2 приведены условное обозначение тиристора, схема полупроводниковой структуры и вольт-амперная черта тиристора. Знаками А, К, УЭ соответственно обозначены выводы анода, катода и управляющего элемента тиристора.

Основными параметрами, определяющими выбор тиристора и его работу в схеме преобразователя, являются: допустимый прямой ток, Iа доп, А; допустимое прямое напряжение в закрытом состоянии, Uа max, В, допустимое оборотное напряжение, Ubmax, В.

Наибольшее прямое напряжение на тиристоре с учетом вариантов работы преобразовательной схемы не должно превосходить рекомендованного рабочего напряжения.

Рис. 2 – Условное обозначение тиристора, схема полупроводниковой структуры и вольт-амперная черта тиристора

Принципиальным параметром является ток удержания тиристора в открытом состоянии , Iуд, А, – малый прямой ток, при более низких значениях которого тиристор выключается; параметр, нужный для расчета мало допустимой нагрузки преобразователя.

Другие виды преобразовательных устройств

Симисторы (симметричные тиристоры) проводят ток в обоих направлениях. Полупроводниковая структура симистора содержит 5 слоев полупроводников и имеет более сложную конфигурацию по сопоставлению с тиристором. При помощи композиции р- и
n -слоев делают полупроводниковую структуру, в какой при разной полярности напряжения производятся условия, надлежащие прямой ветки вольт-амперной свойства тиристора.

Биполярные транзисторы, работающие в главном режиме. В отличие от двухоперационного тиристора в базисной цепи транзистора нужно поддерживать сигнал управления на всем шаге проводящего состояния ключа. При помощи биполярного транзистора можно воплотить стопроцентно управляемый ключ.

Читайте также:  Самодельный генератор переменного тока 220в

Источник

Электрические приводы. Виды и устройство. Применение и работа

Электропривод – электромеханическая система, служащая для привода в движение функциональных органов машин и агрегатов для выполнения определенного технологического процесса. Электрические приводы состоят из электродвигателя, устройства преобразования, управления и передачи.

Устройство

С прогрессом промышленного производства электрические приводы заняли в быту и на производстве лидирующую позицию по числу электродвигателей и общей мощности. Рассмотрим структуру, типы, классификацию электроприводов, и предъявляемые к нему требования.

Elektricheskie privody ustroistvo 1

1 — Передний крепеж
2 — Винтовая передача
3 — Концевой датчик
4 — Электродвигатель
5 — Зубчатая передача
6 — Задний крепеж

Функциональные компоненты

Elektricheskie privody ustroistvo 2

  • Р – регулятор служит для управления электроприводом.
  • ЭП – электрический преобразователь служит для преобразования электроэнергии в регулируемую величину напряжения.
  • ЭМП – электромеханический преобразователь электричества в механическую энергию.
  • МП – механический преобразователь способен изменять быстродействие и характер движения двигателя.
  • Упр – управляющее действие.
  • ИО – исполнительный орган.
Функциональные части
  • Электропривод.
  • Механическая часть.
  • Система управления.

Исполнительный механизм является устройством, которое смещает рабочую деталь по поступающему сигналу от управляющего механизма. Рабочими деталями могут быть шиберы, клапаны, задвижки, заслонки. Они изменяют количество поступающего вещества на объект.

Рабочие органы могут двигаться поступательно, вращательно в определенных пределах. С их участием производится воздействие на объект. Чаще всего электропривод с исполнительным механизмом состоят из электропривода, редуктора, датчиков положения и узла обратной связи.

Сегодня электрические приводы модернизируются по их снижению веса, эффективности действия, экономичности, долговечности и надежности.

Свойства привода
  • Статические . Механическая и электромеханическая характеристика.
  • Механические . Это зависимость скорости вращения от момента сопротивления. При анализе динамических режимов механические характеристики полезны и удобны.
  • Электромеханические . Это зависимость скорости вращения от тока.
  • Динамические . Это зависимость координат электропривода в определенный момент времени при переходном режиме.
Классификация

Электрические приводы обычно классифицируются по различным параметрам и свойствам, присущим им. Рассмотрим основные из них.

По виду движения:
  • Вращательные.
  • Поступательные.
  • Реверсивные.
  • Возвратно-поступательные.
По принципу регулирования:
  • Нерегулируемый.
  • Регулируемый.
  • Следящий.
  • Программно управляемый.
  • Адаптивный. Автоматически создает оптимальный режим при изменении условий.
  • Позиционный.
По виду передаточного устройства:
  • Редукторный.
  • Безредукторный.
  • Электрогидравлический.
  • Магнитогидродинамический.
По виду преобразовательного устройства:
  • Вентильный. Преобразователем является транзистор или тиристор.
  • Выпрямитель-двигатель. Преобразователем является выпрямитель напряжения.
  • Частотный преобразователь-двигатель. Преобразователем является регулируемый частотник.
  • Генератор-двигатель.
  • Магнитный усилитель-двигатель.
По методу передачи энергии:
  • Групповой . От одного мотора через трансмиссию приводятся в движение другие исполнительные органы рабочих машин. В таком приводе очень сложное устройство кинематической цепи. Электрические приводы такого вида являются неэкономичными из-за их сложной эксплуатации и автоматизации. Поэтому такой привод сегодня не нашел широкого применения.
  • Индивидуальный . Он характерен наличием у каждого исполнительного органа отдельного электродвигателя. Такой привод является одним из основных на сегодняшний день, так как кинематическая передача имеет простое устройство, улучшены условия техобслуживания и автоматизации. Индивидуальный привод нашел популярность в современных механизмах: сложных станках, роботах-манипуляторах, подъемных машинах.
  • Взаимосвязанный . Такой привод имеет несколько связанных электроприводов. При их функционировании поддерживается соотношение скоростей и нагрузок, а также положение органов машин. Взаимосвязанные электрические приводы необходимы по соображениям технологии и устройству. Для примера можно назвать привод ленточного конвейера, механизма поворота экскаватора, или шестерни винтового пресса большой мощности. Для постоянного соотношения скоростей без механической связи применяется схема электрической связи нескольких двигателей. Такая схема получила название схемы электрического вала. Такой привод используется в сложных станках, устройствах разводных мостов.
По уровню автоматизации:
  • Автоматизированные.
  • Неавтоматизированные.
  • Автоматические.
По роду тока:
  • Постоянного тока.
  • Переменного тока.
По важности операций:
  • Главный привод.
  • Вспомогательный привод.
Подбор электродвигателя

Чтобы приводы производили качественную работу, необходимо правильно выбрать электрический двигатель. Это создаст условия долгой и надежной работы, а также повысит эффективность производства.

При подборе электродвигателя для привода агрегатов целесообразно следовать некоторым советам по:
  • Требованиям технологического процесса выбирают двигатель с соответствующими характеристиками, конструктивного исполнения, а также метода фиксации и монтажа.
  • Соображениям экономии подбирают надежный, экономичный и простой двигатель, который не нуждается в больших расходах на эксплуатацию, имеет малый вес, низкую цену и небольшие размеры.
  • Условиям внешней среды и безопасности подбирают соответствующее исполнение мотора.

Правильный подбор электродвигателя обуславливает технико-экономические свойства всего привода, его надежность и длительный срок работы.

Преимущества
  • Возможность более точного подбора мощности двигателя для электропривода.
  • Электрический мотор менее пожароопасен в отличие от других типов двигателей.
  • Приводы дают возможность быстрого пуска и остановки механизма, его плавного торможения.
  • Нет необходимости в специальных регуляторах питания для электродвигателя. Все процессы происходят в автоматическом режиме.
  • Приводы дают возможность подбора мотора, свойства которого лучше других моделей сочетаются с характеристиками агрегата.
  • С помощью электрического привода можно плавно регулировать обороты механизма в определенных пределах.
  • Электродвигатель может преодолеть большие и долговременные перегрузки.
  • Электропривод дает возможность получения максимальной скорости и производительности рабочего механизма.
  • Электродвигатель дает возможность экономить электричество, а при определенных условиях даже генерировать ее в сеть.
  • Полная и простая автоматизация установок и механизмов возможна только с помощью электроприводов.
  • КПД электромоторов имеет наибольший показатель по сравнения с другими моделями двигателей.
  • Моторы производят с повышенной уравновешенностью. Это дает возможность встраивания их в механизмы машин, делать менее массивным фундамент.

Инновационные электрические приводы все автоматизированы. Системы управления приводом дают возможность рационального построения технологических процессов, увеличить производительность и эффективность труда, оптимизировать качество продукции и уменьшить ее цену.

Технические требования

К любым техническим механизмам и агрегатам предъявляются определенные требования технического плана. Не стали исключением и электроприводы. Рассмотрим основные предъявляемые к ним требования.

Надежность

В соответствии с этим требованием привод должен исполнять определенные функции и заданных условиях в течение некоторого интервала времени, с расчетной вероятностью работы без возникновения неисправностей.

При невыполнении этих требований остальные свойства оказываются бесполезными. Надежность может значительно отличаться в зависимости от характера работы. В некоторых механизмах не требуется долгого времени работы, однако отказ механизма не должен иметь место. Такой пример можно найти в военной промышленности. И другой пример, где наоборот, время службы должно быть большим, а отказ устройства вполне возможен, и не приведет к серьезным последствиям.

Точность

Это требование связано с отличием показателей от заданных. Они не могут превышать допустимые величины. Электроприводы должны обеспечивать перемещение рабочего элемента на определенный угол или за некоторое время, а также поддерживать на определенном уровне скорость, ускорение или момент вращения.

Быстродействие

Это качество привода обеспечивает быструю реакцию на разные воздействия управления. Быстродействие связано с точностью.

Качество

Такая характеристика обеспечивает качество процессов перехода, исполнение определенных закономерностей их выполнения. Качественные требования создаются вследствие особенностей работы машин с электроприводами.

Энергетическая эффективность

Любые производственные процессы преобразования и передачи имеют потери энергии. Наиболее важным это качество стало в применении электроприводов механизмов, приводах значительной мощности, долгим режимом эксплуатации. Эффективность использования энергии определяется КПД.

Совместимость

Электрические приводы должны совмещаться с работой аппаратуры, в которой они применяются, с их системой снабжения электроэнергией, информационными данными, а также с рабочими элементами. Наиболее остро стоит требование совместимости электроприводов для медицинской и бытовой техники, в радиотехнике.

Источник

Преобразовательные устройства в системах электроснабжения

Преобразовательные устройства в системах электроснабженияЭлектрическая энергия вырабатывается на электростанциях и распределяется главным образом в виде переменного тока промышленной частоты. Однако большое количество потребителей электроэнергии в промышленности требует для своего питания другие виды электроэнергии.

Чаще всего требуется:

  • постоянный ток (электрохимические и электролизные ванны, электропривод постоянного тока, электрический транспорт и подъемные устройства, электросварочные агрегаты);
  • переменный ток непромышленной частоты (индукционный нагрев, регулируемый привод переменного тока).

В связи с этим возникает необходимость а преобразовании переменного тока в постоянный (выпрямленный) ток, или в преобразовании переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты. В системах передачи электрической энергии, в тиристорном электроприводе постоянного тока, возникает потребность в преобразовании постоянного тока в переменный (инвертирование тока) в месте потребления.

Данные примеры охватывают не все случаи, когда требуется преобразовывать электрическую энергию одного вида в другой. Более трети всей вырабатываемой электроэнергии преобразуется в другой вид энергии, поэтому технический прогресс во многом связан с успешным развитием преобразовательных устройств (преобразовательной техники).

Читайте также:  Как рассчитать коэффициент усиления по току биполярного транзистора

Основные виды преобразовательных устройств

Классификация устройств преобразовательной техники

Основные виды преобразовательных устройств

Удельный вес устройств преобразовательной техники в энергетическом балансе страны занимает значительное место. Преимущества полупроводниковых преобразователей , по сравнению с другими видами преобразователей, неоспоримы. Основные преимущества заключаются в следующем:

— Полупроводниковые преобразователи обладают высокими регулировочными и энергетическими показателями;

— имеют малые габариты и массу;

— просты и надежны в эксплуатации;

— обеспечивают бесконтактную коммутацию токов в силовых цепях.

Благодаря указанным преимуществам полупроводниковые преобразователи получили широкое применение: цветной металлургии, химической промышленности, на железнодорожном и городском транспорте, в черной металлургии, машиностроении, энергетике и других отраслях.

Дадим определения основных видов преобразовательных устройств .

Основные виды преобразовательных устройствВыпрямитель – это устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное напряжение (U

Инвертором называют устройство для преобразования постоянного напряжения в переменное напряжение (U= → U

Преобразователь частоты служит для преобразования переменного напряжения одной частоты в переменное напряжение другой частоты (Uf1 → Uf2).

Преобразователь переменного напряжения (регулятор) предназначен для изменения (регулирования) подводимого к нагрузке напряжения, т.е. преобразует переменное напряжение одной величины в переменное напряжение другой величины (U1

Здесь названы наиболее широко применяемые типы устройств преобразовательной техники . Имеется ряд преобразовательных устройств, предназначенных для преобразования (регулирования) величины постоянного тока, числа фаз преобразователя, формы кривой напряжения и др.

Краткая характеристика элементной базы преобразовательных устройств

Все преобразовательные устройства , разработанные для разных целей, имеют общий принцип работы, который основан на периодическом включении и выключении электрических вентилей. В настоящее время в качестве электрических вентилей применяются полупроводниковые приборы. Наибольшее применение получили диоды, тиристоры , симисторы и силовые транзисторы , работающие в ключевом режиме.

1. Диоды – это двухэлектродные элементы электрической цепи, обладающие односторонней проводимостью. Проводимость диода зависит от полярности приложенного напряжения. Условно диоды разделяют на диоды малой мощности (допускаемый средний ток Iа доп ≤ 1А), диоды средней мощности (Iа доп = 1 — 10А) и диоды большой мощности (Iа доп ≥ 10А). По назначению диоды делятся на низкочастотные (fдоп ≤ 500 Гц) и высокочастотные (fдоп > 500 Гц).

мощные диодыОсновными параметрами выпрямительных диодов являются наибольшее среднее значение выпрямленного тока , Iа доп, А, и наибольшее обратное напряжение , Ubmax, В, которое может быть приложено к диоду в течение длительного времени без опасности нарушения его работы.

В преобразователях средней и большой мощности применяются мощные (лавинные) диоды. Эти диоды имеют некоторые специфические особенности, поскольку работают при больших токах и высоких обратных напряжениях, что приводит к выделению значительной мощности в р- n – переходе. Поэтому здесь должны предусматриваться эффективные способы охлаждения.

Другая особенность мощных диодов – необходимость их защиты от кратковременных перенапряжений, возникающих при резких сбросах нагрузки, коммутационных и аварийных режимах.

ДиодыЗащита силового диода от перенапряжений заключается в переводе возможного электрического пробоя р- n – перехода с поверхностных участков в объемные. В этом случае пробой носит лавинный характер, а диоды называют лавинными. Такие диоды способны пропускать достаточно большой обратный ток без перегрева локальных участков.

При разработке схем преобразовательных устройств может возникнуть необходимость получить выпрямленный ток, превышающий предельно допустимое значение одного диода. В этом случае применяют параллельное включение однотипных диодов с принятием мер по выравниванию прямых токов приборов, входящих в группу. Для увеличения суммарного допустимого обратного напряжения используют последовательное соединение диодов. При этом также предусматривают меры, исключающие неравномерное распределение обратного напряжения.

Основной характеристикой полупроводниковых диодов является вольт-амперная характеристика (ВАХ). Полупроводниковая структура и условное обозначение диода показано на рис 1, а,б. Обратная ветвь вольт-амперной характеристики диода – на рис. 1, в (кривая 1 – ВАХ лавинного диода, кривая 2 – ВАХ обычного дио-да).

Рис. 1 — Условное обозначение и обратная ветвь вольт-амперной характеристики диода.

Тиристоры – это четырехслойный полупроводниковый прибор, обладающий двумя устойчивыми состояниями: состоянием с низкой проводимостью (тиристор закрыт) и состоянием с высокой проводимостью (тиристор открыт). Переход из одного устойчивого состояния в другое обусловлен действием внешних факторов. Наиболее часто для отпирания тиристора на него воздействуют напряжением (током) или светом (фототиристоры).

ТиристорыРазличают диодные тиристоры (динисторы) и триодные тиристоры , имеющие управляющий электрод. Последние делятся на однооперационные и двухоперационные.

В однооперационных тиристорах по цепи управляющего электрода осуществляется только операция отпирания тиристора. Тиристор переходит в открытое состояние при положительном анодном напряжении и наличии управляющего импульса на электроде управления. Следовательно, основной отличительной особенностью тиристора является возможность произвольной задержки момента его отпирания при наличии на нем прямого напряжения. Запирание однооперационного тиристора, (а также динистора) производится изменением полярности напряжения анод – катод.

Двухоперационные тиристоры допускают по цепи управления и отпирание и запирание тиристора. Запирание осуществляется подачей импульса управления обратной полярности на электрод управления.

Следует учесть, что промышленность выпускает однооперационные тиристоры на допустимые токи тысячи ампер и допустимые напряжения единицы киловольт. Существующие же двухоперационные тиристоры имеют значительно меньшие допустимые токи, чем однооперационные (единицы и десятки ампер), и меньшие допустимые напряжения. Такие тиристоры используются в релейной аппаратуре и в маломощных преобразовательных устройствах.

На рис. 2 приведены условное обозначение тиристора, схема полупроводниковой структуры и вольт-амперная характеристика тиристора. Буквами А, К, УЭ соответственно обозначены выводы анода, катода и управляющего элемента тиристора.

Основными параметрами, определяющими выбор тиристора и его работу в схеме преобразователя, являются: допустимый прямой ток, Iа доп, А; допустимое прямое напряжение в закрытом состоянии, Uа max, В, допустимое обратное напряжение, Ubmax, В.

Максимальное прямое напряжение на тиристоре с учетом вариантов работы преобразовательной схемы не должно превышать рекомендованного рабочего напряжения.

Рис. 2 – Условное обозначение тиристора, схема полупроводниковой структуры и вольт-амперная характеристика тиристора

Важным параметром является ток удержания тиристора в открытом состоянии , Iуд, А, – минимальный прямой ток, при более низких значениях которого тиристор выключается; параметр, необходимый для расчета минимально допустимой нагрузки преобразователя.

Другие виды преобразовательных устройств

Симисторы (симметричные тиристоры) проводят ток в обоих направлениях. Полупроводниковая структура симистора содержит пять слоев полупроводников и имеет более сложную конфигурацию по сравнению с тиристором. С помощью комбинации р- и n -слоев создают полупроводниковую структуру, в которой при разной полярности напряжения выполняются условия, соответствующие прямой ветви вольт-амперной характеристики тиристора.

Биполярные транзисторы, работающие в ключевом режиме. В отличие от двухоперационного тиристора в базовой цепи транзистора необходимо поддерживать сигнал управления на всем этапе проводящего состояния ключа. С помощью биполярного транзистора можно реализовать полностью управляемый ключ.

Источник



Основные виды преобразовательных устройств

Классификация устройств преобразовательной техники

Удельный вес устройств преобразовательной техники в энергетическом балансе страны занимает значительное место. Преимуществаполупроводниковых преобразователей, по сравнению с другими видами преобразователей, неоспоримы. Основные преимущества заключаются в следующем:

— Полупроводниковые преобразователи обладают высокими регулировочными и энергетическими показателями;

— имеют малые габариты и массу;

— просты и надежны в эксплуатации;

— обеспечивают бесконтактную коммутацию токов в силовых цепях.

Благодаря указанным преимуществам полупроводниковые преобразователи получили широкое применение: цветной металлургии, химической промышленности, на железнодорожном и городском транспорте, в черной металлургии, машиностроении, энергетике и других отраслях.

2.Однофазная, двухполупериодная схема со средней точкой.

Однофазная двухполупериодная схема ( рис. 155 6) часто применяется для получения малых и средних мощностей выпрямленного тока. Эта схема сложнее однополупериодной схемы, так как требует два вентиля ( или один двуханодный кенотрон), а трансформатор должен иметь две равноценные вторичные полуобмотки, образуемые выводом средней точки. [1]

Однофазная двухполупериодная схема ( рис. 85, б) применяется в мощных выпрямителях для выпрямления низких напряжений, когда по обратному напряжению допускается установка одного вентиля в плече. [2]

Однофазная двухполупериодная схема со средней точкой представлена на рис. 2 — 3 а. [3]

В однофазной двухполупериодной схеме со средней точкой количество плеч равно двум вместо четырех в мостовой схеме. Количество вентилей в плече схемы со средней точкой должно быть в 2 раза больше, чем в мостовой схеме. [4]

Читайте также:  Устройство промышленного генератора переменного тока

В однофазной двухполупериодной схеме со средней точкой количество плеч равно двум вместо четырех в мостовой. Количество вентилей в плече схемы со средней точкой в 2 раза больше, чем в мостовой. [5]

Общий вид однофазной двухполупериодной схемы с управляемыми вентилями представлен на рис. 2 — 6 а. Использование в схеме выпрямителя управляемых вентилей позволяет задерживать начало прохождения тока через очередной вступающий в работу вентиль по отношению к моменту го естественного отпирания. [6]

Форма выходного напряжения трехфазного преобразователя с непосредственной связью при скользящем угле зажигания.

Каждая фаза преобразователя состоит из двух встречно включенных однофазных двухполупериодных схем выпрямления со средней точкой. [7]

Последовательное включение вентилей в схеме однофазного.

Этот метод может быть проиллюстрирован на примере однофазной двухполупериодной схемы с выводом нулевой точки трансформатора, в каждое из плеч которой включено по два вентиля. [8]

Однофазный выпрямитель с нулевым вентилем.| Однофазный выпрямитель с дополнительными вентилями.

Принцип действия такой схемы во многом подобен принципу действия однофазной двухполупериодной схемы. [9]

Ток А по своей форме одинаков с кривой тока для однофазной двухполупериодной схемы со средней точкой. [10]

В сравнении с однофазной однополупериодной схемой выпрямления индуктивность фильтра в однофазной двухполупериодной схеме при одном и том же коэффициенте пульсации оказывается в 4 7 раза меньше. [11]

В качестве примера на рис. 18 показаны кривые выпрямленного тока в однофазной двухполупериодной схеме с неуправляемыми вентилями для различных значений отношения индуктивного сопротивления x i coLd нагрузки к ее активному сопротивлению Rd. В крайнем ( лишь теоретически возможном) случае можно принять величину Ld бесконечно большой, при этом в кривой выпрямленного тока пульсации полностью отсутствуют. [12]

3.Однофазная мостовая схема выпрямителя.

В однофазной мостовой схеме к одной из диагоналей моста подключается источник переменного напряжения (вторичная обмотка трансформатора), а к другой – нагрузка.

В мостовой схеме диоды работают попарно: в течение одной половины периода сетевого напряжения ток протекает от вторичной обмотки трансформатора по цепи VD1, RН, VD2, а на втором полупериоде – по цепи VD3, RН, VD4, причем в каждом полупериоде через нагрузку ток проходит в одном направлении, что и обеспечивает выпрямление. Коммутация диодов происходит в моменты перехода переменного напряжения через нуль.

Рис.1. Однофазная мостовая схема выпрямления

Временные диаграммы для мостовой схемы, изображённы на рисунке 2.

У мостовой схемы в каждом полупериоде ток проходит одновременно через два диода (например, VD1, VD2), потому временные зависимости токов и напряжений будут принадлежать парам вентилей. Среднее значение напряжения на выходе выпрямителя

где U2 ─ действующее значение переменного напряжения на входе выпрямителя.

Рис. 2. Временные диаграммы работы однофазной мостовой схемы выпрямления: u2 – кривая входного переменного напряжения; iV1, iV2 – кривая тока диодов VD1 и VD2; uV1, uV2 – напряжение на диодах VD1 и VD2; iV3, iV4 – кривая тока диодов VD3 и VD4; uV3, uV4 – напряжение на диодах VD3 и VD4; iн – кривая тока нагрузки; uн – кривая напряжения на нагрузке

Действующее значение напряжения на входе выпрямителя

Среднее значение тока через диод в два раза меньше среднего значения тока нагрузки Id:

Максимальное значение тока, протекающего через диод

Действующее значение тока диода

Действующее значение переменного тока на входе выпрямителя

Максимальное обратное напряжение на диоде в непроводящую часть периода

Напряжение на нагрузке состоит из полусинусоид вторичного напряжения трансформатора, следующих одна за другой. После разложения в ряд Фурье напряжение такой формы можно представить в виде

Амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения с частотой 2ω

следовательно, коэффициент пульсации выпрямленного напряжения

Коэффициент трансформации трансформатора

Мощность первичной и вторичной обмоток вентильного трансформатора

Расчетная мощность трансформатора

В качестве недостатков однофазной мостовой схемы можно отметить: большее количество диодов и протекание тока в каждом полупериоде по двум диодам одновременно. Последнее свойство однофазных мостовых выпрямителей снижает их КПД из-за повышенного падения напряжения на полупроводниковых структурах вентилей. Это особенно заметно у низковольтных выпрямителей, работающих с большими токами.

Несмотря на отмеченные недостатки, мостовая схема выпрямления широко применяется на практике в однофазных выпрямителях различной мощности.

4.Трёхфазная мостовая схема выпрямителя.

Трехфазный мостовой выпрямитель ( а и временные диаграммы токоа и напряжений при а0 ( б.

Трехфазная мостовая схема выпрямления является наиболее распространенной в области средних и больших мощностей. [1]

Схема пятиплечного выпрямителя для получения асимметричного тока.

Трехфазные мостовые схемы выпрямления характеризуются наилучшими показателями по сравнению с другими схемами преобразования переменного напряжения в постоянное. [2]

Трехфазная мостовая схема выпрямления рис. 2.86 ( схема Ларионова) по сравнению с трехфазной имеет следующие, преимущества: обратное напряжение на вентиле в 2 раза меньше; лучшее использование трансформатора; отсутствие подмагничивания сердечника; меньшая величина пульсации; большая частота пульсации. Недостатком мостовой схемы по сравнению стрехфазной являются: большее количество вентилей; повышенное падение напряжения в вентильном комплекте. При средних и больших мощностях схема используется при работе на нагрузку с индуктивной реакцией. При малых мощностях эта схема иногда работает на нагрузку с емкостной реакцией. Схема применяется также и для питания чисто активной нагрузки. [3]

Трехфазный мосговой выпрямитель ( а и временные диаграммы токов и напряжений при а 0 ( б.

Трехфазная мостовая схема выпрямления является наиболее распространенной в области средних и больших мощностей. [4]

Трехфазная мостовая схема выпрямления ( рис. 60, а) состоит из трансформатора Т, плести диодов и нагрузки Rd. Сетевая и вентильная обмотки трансформатора могут быть соединены как в треугольник, так и в звезду, как изображено на рис. 60, а. В рассматриваемой схеме в каждый момент времена работают два диода: один из катодной группы и один из анодной. В катодной группе ток проводит тот диод, на аноде которого положительный потенциал в данный момент времени является наибольшим. В анодной группе ток проводит диод, катод которого обладает наиболее отрицательным потенциалом в данный момент времени. [5]

Трехфазная мостовая схема выпрямления ( рис. 6.2, а) наиболее распространена в выпрямителях с падающей и жесткой характеристиками. Схему применяют для работы в комплекте с наиболее простой конструкцией трехфазных трансформаторов. На рис. 6.2, б показаны синусоиды каждой фазы, а на рис. 6.2, в — выпрямленный ток, который приобретает форму, показанную на рисунке. Пульсация его становится ше-стифазной с частотой 300 Гц. Выпрямленный ток имеет жесткую внешнюю характеристику. При увеличении индуктивного сопротивления характеристика получается падающей. [6]

Кольцевая схема выпрямления.

Трехфазная мостовая схема выпрямления применена для однопостовых выпрямителей с падающей характеристикой ВД-201, ВД-306, ВД-401 на токи 200, 315 и 400 А. Они изготовляются с механическим трансформаторным регулированием и благодаря простоте конструкции, надежности и легкости обслуживания широко применяются на стройках. Изменение диапазонов в этих выпрямителях обеспечивается переключением первичных, а также вторичных обмоток трансформаторов с треугольника на звезду. Плавнее регулирование в пределах диапазона осуществляется путем перемещения катушек вторичной обмотки ходовым винтом. [7]

Трехфазная мостовая схема выпрямления ( рис. 11 а) включает две группы вентилей: анодную В1, 83 и В5 и катодную В2, В4 и В6, имеющие соответственно общий анодный вывод А и общий катодный вывод / С. [8]

Трехфазная мостовая схема выпрямления может быть выполнена на управляемых вентилях в симметричном или несимметричном исполнении. Режимы работы управляемых вентилей определяются формой управляющих воздействий со стороны системы управления. [9]

В трехфазной мостовой схеме выпрямления ( рис. 2.5, в) применяются шесть вентилей, образующих две группы: 3 вен-гиля с общим анодным выводом, а 3 — с общим катодным выводом. Нагрузка присоединяется к этим общим выводам. При активной нагрузке в любой момент времени ток проходит через два вентиля из разных групп. Пульсации выпрямленного напряжения в данной схеме меньше, чем в трехфазной нулевой. [10]

При трехфазной мостовой схеме выпрямления обратное зажигание ртутного или пробой полупроводникового вентиля не сопровождаются подпиткой током от параллельно работающих выпрямителей, так как путей для такой подпитки нет. [11]

5.Трёхфазная схема выпрямления со средней точкой.

Источник