Toitesüsteemide muundurid

Elektrienergiat toodetakse elektrijaamades ja jaotatakse peamiselt toitesagedusega vahelduvvooluna. Suur hulk siiski elektritarbijad tööstuses vajab oma toiteallikaks muud tüüpi elektrit.

Kõige sagedamini nõutakse:

• D.C. (elektrokeemia- ja elektrolüüsivannid, alalisvoolu elektriajam, elektrilised transpordi- ja tõsteseadmed, elektrikeevitusseadmed);

• vahelduvvoolu mittetööstuslik sagedus (induktsioonkuumutus, muutuva kiirusega vahelduvvooluajam).

Sellega seoses muutub vajalikuks vahelduvvoolu muutmine alalisvooluks või ühe sagedusega vahelduvvoolu teisendamiseks teise sagedusega vahelduvvooluks. Elektri jõuülekandesüsteemides on türistori alalisvooluajamis vajadus tarbimiskohas alalisvool muundada vahelduvvooluks (voolu inversioon).

Need näited ei hõlma kõiki juhtumeid, kus on nõutav elektrienergia muundamine ühest tüübist teise.Üle kolmandiku kogu toodetud elektrienergiast muundatakse muuks energialiigiks, mistõttu on tehnika areng suuresti seotud muundusseadmete (muundusseadmete) eduka arendamisega.

Tehnoloogia muundamise seadmete klassifikatsioon

Peamised teisendusseadmete tüübid

Tehnoloogiliste seadmete osakaal riigi energiabilansis on olulisel kohal. Pooljuhtmuundurite eelised võrreldes teist tüüpi muunduritega on vaieldamatud. Peamised eelised on järgmised:

— pooljuhtmuunduritel on kõrged reguleerimis- ja energiaomadused;

— väikeste mõõtmete ja kaaluga;

— lihtne ja töökindel;

— tagama voolude kontaktivaba lülitamise toiteahelates.

Tänu nendele eelistele kasutatakse pooljuhtmuundureid laialdaselt: värviline metallurgia, keemiatööstus, raudtee- ja linnatransport, mustmetallurgia, masinaehitus, energeetika ja muud tööstused.

Anname konversiooniseadmete peamiste tüüpide määratlused.

Alaldi See on seade vahelduvpinge muundamiseks alalispingeks (U ~ → U =).

Inverterit nimetatakse seadmeks alalispinge muutmiseks vahelduvpingeks (U = → U ~).

Sagedusmuunduri eesmärk on teisendada ühe sagedusega vahelduvpinge teise sagedusega vahelduvpingeks (Uf1→Uf2).

Vahelduvpinge muundur (regulaator) on mõeldud koormusele antava pinge muutmiseks (reguleerimiseks), s.o. teisendab ühe suuruse vahelduvpinge teise suuruse vahelduvpingeks (U1 ~ → U2 ~).

Siin on kõige laialdasemalt kasutatavad tehnoloogia muundamisseadmete tüübid... On mitmeid muundamisseadmeid, mis on mõeldud alalisvoolu suuruse, muunduri faaside arvu, pingekõvera kuju jne teisendamiseks (reguleerimiseks).

Elementide baasi muundamisseadmete lühikarakteristikud

Kõigil erineval otstarbel mõeldud muundamisseadmetel on ühine tööpõhimõte, mis põhineb elektriventiilide perioodilisel sisse- ja väljalülitamisel. Praegu kasutatakse pooljuhtseadmeid elektriventiilidena. Kõige laialdasemalt kasutatavad dioodid, türistorid, triacid ja jõutransistoridtöötab võtmerežiimis.

1. Dioodid kujutavad ühepoolse juhtivusega elektriahela kaheelektroodilisi elemente. Dioodi juhtivus sõltub rakendatava pinge polaarsusest. Üldjuhul jagunevad dioodid väikese võimsusega dioodideks (lubatav keskmine vool Ia ≤ 1A), keskmise võimsusega dioodideks (liides Ia = 1 — 10A) ja suure võimsusega dioodideks (liides Ia ≥ 10A). Eesmärgi järgi jaotatakse dioodid madalsageduslikeks (fadd ≤ 500 Hz) ja kõrgsageduslikeks (fdop> 500 Hz).

Alaldi dioodide peamisteks parameetriteks on kõrgeim keskmine alaldivool, Ia lisand, A ja kõrgeim pöördpinge Ubmax, B, mida saab dioodile pikka aega rakendada, ilma et oleks oht selle tööd häirida.

Keskmise ja suure võimsusega muundurites Kasutage võimsaid (laviini) dioode. Nendel dioodidel on mõned spetsiifilised omadused, kuna need töötavad suure voolu ja kõrge pöördpinge korral, mille tulemuseks on p-n-siirdes oluline võimsuse eraldumine.Seega tuleks siin pakkuda tõhusaid jahutusmeetodeid.

Toitedioodide teine ​​omadus on vajadus kaitsta lühiajaliste liigpingete eest, mis tekivad äkilisest koormuse langusest, lülitustest ja hädaolukorra režiimid.

Toitedioodi kaitse ülepinge eest seisneb võimaliku elektrikatkestuse p-n ülekandmises — üleminek pindalalt mahule. Sel juhul on rikkeil laviini iseloom ja dioode nimetatakse laviiniks. Sellised dioodid suudavad läbida piisavalt suurt pöördvoolu ilma kohalikke piirkondi ülekuumenemata.

Muundurseadmete ahelate väljatöötamisel võib osutuda vajalikuks saada alaldatud vool, mis ületab ühe dioodi maksimaalset lubatud väärtust. Sel juhul kasutatakse sama tüüpi dioodide paralleelühendust koos meetmete vastuvõtmisega rühma kuuluvate seadmete konstantsete voolude võrdsustamiseks. Kogu lubatud pöördpinge suurendamiseks kasutatakse dioodide jadaühendust. Samal ajal on ette nähtud meetmed, et välistada pöördpinge ebaühtlane jaotus.

Pooljuhtdioodide peamine omadus on voolu-pinge (VAC) karakteristik. Pooljuhtide struktuur ja dioodi sümbol on näidatud joonisel fig. 1, a, b. Dioodi voolu-pinge karakteristiku pöördharu on näidatud joonisel fig. 1, c (laviinidioodi karakteristiku kõver 1 — I — V, tavadioodi tunnusjoon 2 — I — V).

Riis. 1 — Dioodi voolu-pinge karakteristiku sümbol ja pöördharu.

Türistorid See on neljakihiline pooljuhtseade, millel on kaks stabiilset olekut: madala juhtivusega (türistor suletud) ja kõrge juhtivusega (türistor avatud). Üleminek ühest stabiilsest olekust teise on tingitud välistegurite toimest. Kõige sagedamini mõjutab türistori avamiseks pinge (vool) või valgus (fototüristorid).

Eristage dioodtüristoreid (dünistoreid) ja trioodtüristore juhtelektroodi. Viimased jagunevad ühetasandilisteks ja kahetasandilisteks.

Ühetoimelistes türistorites teostatakse paisuahelas ainult türistori väljalülitusoperatsioon. Türistor läheb avatud olekusse positiivse anoodipingega ja juhtelektroodil on juhtimpulss. Seetõttu on türistori peamine eristav omadus selle käivitamise ajal suvalise viivituse võimalus, kui sellel on päripinge. Ühekordse tööga türistori (nagu ka dinistori) lukustamine toimub anoodi-katoodi pinge polaarsuse muutmisega.

Kahe töövõimega türistorid võimaldavad juhtahelal türistori nii lukustada kui ka lukustada. Lukustamine toimub, rakendades juhtelektroodile vastupidise polaarsusega juhtimpulsi.

Tuleb märkida, et tööstus toodab ühetoimelisi türistoreid tuhandete amprite lubatud voolude ja kilovoltide ühiku lubatud pinge jaoks. Olemasolevatel kahetoimelistel türistoritel on oluliselt väiksemad lubatud voolud kui ühetoimelistel (ühikud ja kümned amprid) ja madalamad lubatud pinged. Selliseid türistoreid kasutatakse releeseadmetes ja väikese võimsusega muundurseadmetes.

Joonisel fig.2 on kujutatud türistori tavalist tähistust, pooljuhtide struktuuri skeemi ja türistori voolu-pinge karakteristikut. Tähed A, K, UE tähistavad vastavalt anoodi, katoodi ja türistori juhtelemendi väljundeid.

Peamised parameetrid, mis määravad türistori valiku ja selle töö muundurahelas, on: lubatud pärivool, Ia lisand, A; lubatud päripinge suletud olekus, Ua max, V, lubatud vastupinge, Ubmax, V.

Türistori maksimaalne päripinge, võttes arvesse muunduri ahela töövõimet, ei tohiks ületada soovitatavat tööpinget.

Riis. 2 — Türistori sümbol, pooljuhtide ehitusskeem ja türistori voolu-pinge karakteristikud

Oluline parameeter on türistori hoidevool avatud olekus, Isp, A on minimaalne pärivool, mille madalamatel väärtustel türistor välja lülitub; parameeter, mis on vajalik muunduri minimaalse lubatud koormuse arvutamiseks.

Muud tüüpi konversiooniseadmed

Triacid (sümmeetrilised türistorid) juhivad voolu mõlemas suunas. Triaki pooljuhtstruktuur sisaldab viit pooljuhtkihti ja selle konfiguratsioon on keerulisem kui türistoril. P- ja n-kihtide kombinatsiooni kasutades luua pooljuhtstruktuur, milles erinevate pingepolaarsuste korral on täidetud türistori voolu-pinge karakteristiku otseharule vastavad tingimused.

Bipolaarsed transistoridtöötab võtmerežiimis.Erinevalt transistori põhiahelas olevast bi-operatsioonilisest türistorist on vaja kogu lüliti juhtivusolekus hoida juhtsignaali. Täielikult juhitavat lülitit saab realiseerida bipolaarse transistori abil.

Ph.D. Kolyada L.I.