Omformer enheter i kraftsystemer

Elektrisk energi genereres i kraftverk og distribueres hovedsakelig i form av vekselstrøm med tilførselsfrekvens. Et stort antall skjønt strømforbrukere i industrien krever andre typer strøm til sin strømforsyning.

Oftest kreves:

• D.C. (elektrokjemiske bad og elektrolysebad, elektrisk likestrømsdrift, elektriske transport- og løfteanordninger, elektriske sveiseanordninger);

• vekselstrøm ikke-industriell frekvens (induksjonsoppvarming, frekvensomformer med variabel hastighet).

I denne forbindelse blir det nødvendig å transformere vekselstrøm til likestrøm eller ved konvertering av vekselstrøm av en frekvens til vekselstrøm av en annen frekvens. I elektriske kraftoverføringssystemer, i en tyristor DC-stasjon, er det behov for å konvertere likestrøm til vekselstrøm (strøminversjon) ved forbrukspunktet.

Disse eksemplene dekker ikke alle tilfeller der konvertering av elektrisk energi fra en type til en annen er nødvendig.Mer enn en tredjedel av all elektrisitet som produseres omdannes til en annen type energi, og derfor er teknisk fremgang i stor grad knyttet til vellykket utvikling av konverteringsenheter (konverteringsutstyr).

Klassifisering av teknologikonverteringsenheter

Hovedtyper av konverteringsenheter

Andelen av å konvertere teknologiske enheter i energibalansen i landet har en betydelig plass. Fordelene med halvlederomformere, sammenlignet med andre typer omformere, er ubestridelige. De viktigste fordelene er følgende:

— Halvlederomformere har høye regulerings- og energiegenskaper;

— ha små dimensjoner og vekt;

— enkel og pålitelig i drift;

— sørge for kontaktløs svitsjing av strømmer i strømforsyningskretser.

Takket være disse fordelene er halvlederomformere mye brukt: ikke-jernholdig metallurgi, kjemisk industri, jernbane- og bytransport, jernholdig metallurgi, maskinteknikk, energi og andre industrier.

Vi vil gi definisjoner av hovedtypene konverteringsenheter.

Likeretter Det er en enhet for å konvertere AC-spenning til DC-spenning (U ~ → U =).

En omformer kalles en enhet for å konvertere likespenning til vekselspenning (U = → U ~).

En frekvensomformer tjener til å konvertere en vekselspenning av en frekvens til en vekselspenning med en annen frekvens (Uf1→Uf2).

En AC spenningsomformer (regulator) er designet for å endre (regulere) spenningen som tilføres lasten, dvs. konverterer AC-spenning av en størrelse til AC-spenning av en annen størrelse (U1 ~ → U2 ~).

Her er de mest brukte typene teknologikonverteringsenheter... Det finnes en rekke konverteringsenheter designet for å konvertere (regulere) størrelsen på likestrøm, antall omformerfaser, formen på spenningskurven osv.

Korte kjennetegn ved elementbasekonverteringsenhetene

Alle konverteringsenheter, designet for forskjellige formål, har et felles driftsprinsipp, som er basert på periodisk på- og avkobling av elektriske ventiler. For tiden brukes halvlederenheter som elektriske ventiler. De mest brukte diodene, tyristorer, triacs og krafttransistorerfungerer i nøkkelmodus.

1. Dioder Representerer to-elektrodeelementer i en elektrisk krets med ensidig ledningsevne. Konduktansen til en diode avhenger av polariteten til den påførte spenningen. Generelt er dioder delt inn i laveffektdioder (tillatt gjennomsnittlig strøm Ia ≤ 1A), middels kraftige dioder (tillegger Ia = 1 - 10A) og høyeffektsdioder (tillegger Ia ≥ 10A). I henhold til deres formål er dioder delt inn i lavfrekvente (fadd ≤ 500 Hz) og høyfrekvente (fdop> 500 Hz).

Hovedparametrene til likeretterdiodene er den høyeste gjennomsnittlige likerettede strømmen, Ia-tillegg, A, og den høyeste reversspenningen, Ubmax, B, som kan påføres dioden i lang tid uten fare for å forstyrre driften.

I omformere med middels og høy effekt Bruk kraftige (skred) dioder. Disse diodene har noen spesifikke egenskaper da de opererer ved høye strømmer og høye reversspenninger, noe som resulterer i betydelig strømutløsning i p-n-krysset.Så effektive kjølingsmetoder bør tilbys her.

En annen funksjon ved strømdioder er behovet for å beskytte mot kortsiktige overspenninger som oppstår fra plutselige lastfall, svitsjing og nødmoduser.

Beskyttelsen av strømforsyningsdioden mot overspenning består i overføring av en mulig elektrisk sammenbrudd p-n - en overgang fra overflateområder til bulk. I dette tilfellet har sammenbruddet en skredkarakter, og diodene kalles skred. Slike dioder er i stand til å passere en tilstrekkelig stor reversstrøm uten å overopphete lokale områder.

Når du utvikler kretser for omformerenheter, kan det være nødvendig å oppnå en likerettet strøm som overstiger den maksimalt tillatte verdien for en enkelt diode. I dette tilfellet brukes parallellkoblingen av dioder av samme type med vedtak av tiltak for å utjevne de konstante strømmene til enhetene som er inkludert i gruppen. For å øke den totale tillatte reversspenningen brukes seriekobling av dioder. Samtidig er det gitt tiltak for å utelukke ujevn fordeling av reversspenningen.

Hovedkarakteristikken til halvlederdioder er strømspenningskarakteristikken (VAC). Halvlederstrukturen og diodesymbolet er vist i fig. 1, a, b. Den omvendte grenen av strømspenningskarakteristikken til dioden er vist i fig. 1, c (kurve 1 — I — V karakteristikk for en skreddiode, kurve 2 — I — V karakteristikk for en konvensjonell diode).

Ris. 1 — Symbol og invers gren av diodestrøm-spenningskarakteristikk.

Tyristorer Det er en fire-lags halvlederenhet med to stabile tilstander: en tilstand med lav ledningsevne (tyristor lukket) og høy ledningsevne (tyristor åpen). Overgangen fra en stabil tilstand til en annen skyldes virkningen av eksterne faktorer. Oftest, for å låse opp en tyristor, påvirkes den av spenning (strøm) eller lys (fototyristor).

Skill diodetyristorer (dynistorer) og triodetyristorkontrollelektroder. Sistnevnte er delt inn i enkelt-nivå og to-nivå.

I enkeltvirkende tyristorer utføres bare tyristoravslåingsoperasjonen på portkretsen. Tyristoren går inn i åpen tilstand med en positiv anodespenning og tilstedeværelsen av en kontrollpuls på kontrollelektroden. Derfor er det viktigste kjennetegn ved tyristoren muligheten for vilkårlig forsinkelse på tidspunktet for avfyring i nærvær av en foroverspenning på den. Låsingen av en enkeltoperasjonstyristor (så vel som en dinistor) utføres ved å endre polariteten til anode-katodespenningen.

Dual-duty tyristorer lar kontrollkretsen både låse opp og låse tyristoren. Låsing utføres ved å påføre en kontrollpuls med omvendt polaritet til kontrollelektroden.

Det skal bemerkes at industrien produserer enkeltvirkende tyristorer for tillatte strømmer på tusenvis av ampere og tillatte spenninger på en enhet av kilovolt. Eksisterende dobbeltvirkende tyristorer har betydelig lavere tillatte strømmer enn enkeltvirkende (enheter og titalls ampere) og lavere tillatte spenninger. Slike tyristorer brukes i reléutstyr og i laveffektomformerenheter.

I fig.2 viser den konvensjonelle betegnelsen for tyristoren, skjematisk av halvlederstrukturen og strøm-spenningskarakteristikken til tyristoren. Bokstavene A, K, UE angir henholdsvis utgangene til anode-, katode- og tyristorkontrollelementet.

Hovedparametrene som bestemmer valget av en tyristor og dens drift i omformerkretsen er: tillatt fremoverstrøm, Ia-additiv, A; tillatt fremoverspenning i lukket tilstand, Ua max, V, tillatt reversspenning, Ubmax, V.

Den maksimale fremspenningen til tyristoren, tatt i betraktning omformerkretsens driftsevne, bør ikke overstige den anbefalte driftsspenningen.

Ris. 2 — Tyristorsymbol, halvlederstrukturdiagram og tyristorstrøm-spenningskarakteristikk

En viktig parameter er holdestrømmen til tyristoren i åpen tilstand, Isp, A, er minimum foroverstrømmen, ved lavere verdier som tyristoren slår seg av; parameter som er nødvendig for å beregne minimum tillatt belastning av omformeren.

Andre typer konverteringsenheter

Triacs (symmetriske tyristorer) leder strøm i begge retninger. Halvlederstrukturen til en triac inneholder fem halvlederlag og har en mer kompleks konfigurasjon enn tyristoren. Ved å bruke en kombinasjon av p- og n-lag skapes en halvlederstruktur der, ved forskjellige spenningspolariteter, betingelsene som tilsvarer den direkte grenen av strømspenningskarakteristikken til tyristoren er oppfylt.

Bipolare transistorerfungerer i nøkkelmodus.I motsetning til den bioperative tyristoren i transistorens hovedkrets, er det nødvendig å opprettholde et kontrollsignal gjennom hele bryterens ledende tilstand. En fullt kontrollerbar bryter kan realiseres med en bipolar transistor.

Ph.D. Kolyada L.I.