Astro-nn.ru

Стройка и ремонт
22 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Силовые преобразователи электрической энергии

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Силовой преобразователь

Силовой преобразователь — элемент, при помощи которого оказывается регулирующее воздействие на электропривод. По своему характеру такое воздействие ( fi) зависит от рода тока, способа управления движением электропривода и от конкретных особенностей преобразователя. [1]

Силовой преобразователь собирается на четырех тиристорах Дл — Д по встречно-параллельной однофазной двухтактной схеме. [3]

Силовые преобразователи переменного напряжения в постоянное. Вентильные преобразователи переменного тока в постоянный называют выпрямителями. Они играют большую роль в технике, так как производство и распределение электрической энергии экономичней организовать на переменном токе, а многие виды устройств требуют для своего питания постоянный ток. Иногда нагрузка, минуя стабилизатор, подключается к сглаживающему фильтру. [4]

В качестве силового преобразователя Используется преобразователь частоты со звеном постоянного тока, состоящий из неуправляемого выпрямителя В и инвертора напряжения, выполненного на шести силовых модулях, состоящих из транзистора и диода. Между выпрямителем и инвертором включен фильтр, состоящий из реактора L и конденсатора С, обеспечивающий сглаживание выходного напряжения выпрямителя и необходимую циркуляцию реактивной энергии в силовой части схемы. [5]

В качестве силового преобразователя используется инвертор на IGBT-ключах или интеллектуальных силовых модулях. [7]

В качестве силовых преобразователей в релейных следящих системах возможно применение маг-нитополупроводниковых транзисторных или тири-сторньгх усилителей. [8]

Подробнее выбор силовых преобразователей рассмотрен в последующих разделах настоящего справочника. [9]

Отечественной промышленностью изготовляются силовые преобразователи различных типов , аналоговые и дискретные элементы унифицированной блочной системы регуляторов, микро — и мини — ЭВМ, аппараты управления и др. Имеется также ряд типовых унифицированных комплектных систем управления электроприводами, осуществляющих определенные функции управления с использованием различных типовых технических средств. [10]

Выбирают генераторы ( или силовые преобразователи ) для питания двигателей с учетом необходимых эквивалентных токов и кратковременных максимальных перегрузок. [11]

По характеру преобразования электроэнергии силовые преобразователи делятся на выпрямители, инверторы, преобразователи частоты, регуляторы напряжения переменного и постоянного тока, преобразователи числа фаз напряжения переменного тока. По элементной базе ( видам применяемых силовых приборов) преобразователи могут быть диодными, тиристорными и транзисторными, а по управляемости — неуправляемыми и управляемыми. В управляемых преобразователях выходные переменные — напряжение, ток, частота могут регулироваться. [12]

В цифровых следящих электроприводах силовой преобразователь напряжения и электродвигатель являются устройствами непрерывного действия — аналоговыми, как в следящих электроприводах непрерывного действия. Они представляют собой электропривод стабилизации скорости с формированием требуемых статических и динамических характеристик. [14]

При использовании в качестве силового преобразователя частоты схем на полупроводниковых приборах ( например, в соответствии с рис. 214 управление последними осуществляется импульсами заданной частоты, получаемыми на выходе схем управления или, например, в кольцевых схемах. [15]

Глэвэ 2 ЭЛЕМЕНТЫ И УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА_

СИЛОВЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

В замкнутых, а иногда и в разомкнутых структурах автоматизированного электропривода применяются главным образом полупроводниковые силовые преобразователи для управления двигателями постоянного и переменного тока. Достоинствами полупроводниковых преобразователей являются широкие функциональные возможности управления процессом преобразования электроэнергии, высокие быстродействие и коэффициент полезного действия, большие сроки службы, удобство и простота обслуживания при эксплуатации, широкие возможности по реализации защит, сигнализации, диагностирования и тестирования как самого ЭП, так и технологического оборудования, возможность программирования и перепрограммирования работы микропроцессорных средств управления в случае их использования.

Вместе с тем для этих преобразователей характерны и определенные недостатки. К ним относятся высокая чувствительность полупроводниковых приборов к перегрузкам по току и напряжению и скорости их изменения; низкая помехозащищенность, искажение синусоидальной формы тока и напряжения сети.

Преобразователь — это электротехническое устройство, преобразующее электроэнергию одних параметров или показателей качества в электроэнергию с другими значениями параметров или показателей качества. Параметрами электрической энергии считаются род тока и напряжения, их частота, число фаз, фаза напряжения.

По характеру преобразования электроэнергии силовые преобразователи делятся на выпрямители, инверторы, преобразователи частоты, регуляторы напряжения переменного и постоянного тока, преобразователи числа фаз напряжения переменного тока. По элементной базе (видам применяемых силовых приборов) преобразователи могут быть диодными, тиристорными и транзисторными, а по управляемости — неуправляемыми и управляемыми. В управляемых преобразователях выходные переменные — напряжение, ток, частота могут регулироваться.

Выпрямители. Выпрямителем называется преобразователь напряжения переменного тока в напряжение постоянного (выпрямленного) тока. Неуправляемые выпрямители не обеспечивают регулирования напряжения на нагрузке и выполняются на полупроводниковых неуправляемых приборах односторонней проводимости — диодах, а управляемые выпрямители выполняются на управляемых диодах — тиристорах — и позволяют регулировать выходное напряжение за счет соответствующего управления тиристорами.

Выпрямители могут быть нереверсивными и реверсивными. Реверсивные выпрямители позволяют изменять полярность выпрямленного напряжения на своей нагрузке, а нереверсивные — нет. По числу фаз питающего входного напряжения переменного тока выпрямители делятся на однофазные и трехфазные, а по схеме силовой части — на мостовые и с нулевым выводом.

Рис. 2.1. Схемы выпрямителей: а — однофазного с нулевым выводом трансформатора; б — трехфазного мостового

На рис. 2.1, а в качестве примера приведена схема однофазного тиристорного управляемого нереверсивного выпрямителя с нулевым выводом. В состав выпрямителя входят два тиристора VS1 и VS2, подключенные ко вторичным обмоткам трансформатора Т и обеспечивающие на нагрузке R двухполупериодное выпрямленное и регулируемое по величине напряжение. Управление тиристорами осуществляется с помощью подаваемых на их управляющие электроды от системы импульсно-фазового управления (С МФУ) импульсов управления Ua. Изменяя с помощью сигнала управления Uy момент подачи импульсов на тиристоры, можно осуществлять регулирование напряжения на нагрузке. На схеме показан реактор L, который включается в цепь выпрямленного тока /для сглаживания его пульсаций.

На рис. 2.1, б приведена схема трехфазного мостового нереверсивного выпрямителя на шести тиристорах VS1— VS6, нагрузкой которого является якорь двигателя постоянного тока М. На схеме показаны реактор L, который включается в цепь выпрямленного тока для сглаживания его пульсаций, трансформатор Т и обмотка возбуждения ОВМ. Другие возможные схемы выпрямителей рассмотрены в [21].

В табл. 2.1 приведены соотношения, которые связывают параметры цепей переменного и постоянного тока для разных схем выпрямления при активной нагрузке выпрямителя. В ней приняты обозначения: U2, /2 — действующие значения соответственно напряжения сети (вторичной обмотки трансформатора) и переменного тока; Ucp, /ср — средние значения выпрямленных напряжения и тока; максимальное обратное напряжение, прикладываемое к вентилю (диоду или тиристору); 5, — расчетная мощность переменного тока (типовая мощность трансформатора); Рср — мощность нагрузки на стороне постоянного тока.

Соотношения между токами и напряжениями в выпрямителях

T рехфазная нулевая

Реверсивные выпрямители состоят из двух нереверсивных выпрямителей, при управлении которыми используются совместное и раздельное управления. При раздельном управлении импульсы управления подаются на тиристоры работающего в данный момент неуправляемого выпрямителя, а на тиристоры другого выпрямителя импульсы не подаются и он не работает, «закрыт». При необходимости изменения полярности напряжения на нагрузке на противоположную выпрямители меняются ролями.

При совместном управлении импульсы управления подаются одновременно на оба выпрямителя, при этом за счет сдвига между импульсами управления один выпрямитель работает в выпрямительном режиме, а другой — в инверторном.

Инверторы. Инвертором называется преобразователь напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока. Эти преобразователи используются в составе преобразователей частоты в случае питания ЭП от сети переменного тока или в виде самостоятельного преобразователя при питании ЭП от источника постоянного напряжения. В составе ЭП они обеспечивают, как правило, получение переменного напряжения регулируемой частоты, что требуется для регулирования скорости двигателей переменного тока.

Существует большое количество инверторов, различающихся своими схемами, характеристиками и областями применения. В схемах ЭП наибольшее применение нашли автономные инверторы напряжения и тока.

Автономные инверторы напряжения (АИН) имеют жесткую внешнюю характеристику, представляющую собой зависимость выходного напряжения от тока нагрузки, вследствие чего при изменении тока нагрузки их выходное напряжение практически не изменяется. Тем самым управляющим воздействием на двигатель переменного тока является напряжение регулируемой частоты.

Автономные регуляторы тока имеют «мягкую» внешнюю характеристику и обладают тем самым свойствами источника тока, в связи с чем при их использовании управляющим воздействием на двигатель является ток регулируемой частоты.

В схемах инверторов применяются управляемые полупроводниковые приборы — тиристоры и транзисторы. Схемы автономных инверторов приведены ниже при рассмотрении преобразователей частоты.

Преобразователи частоты. Преобразователем частоты называется преобразователь напряжения переменного тока стандартных частоты и напряжения в напряжение переменного тока регулируемой частоты. Применительно к схемам ЭП одновременно с частотой в определенном соотношении регулируется и выходное напряжение преобразователя.

Полупроводниковые преобразователи частоты (ПЧ) делятся на две группы: преобразователи с непосредственной связью и преобразователи с промежуточным звеном постоянного тока.

Силовая часть схемы трехфазного преобразователя частоты с непосредственной связью показана на рис. 2.2. Он образован тремя группами 2, 3 и 4-х тиристоров VS1— VS6, включенных между вторичными обмотками трансформатора 1 и нагрузкой Za, Zh и Zc. Регулируемое по частоте^ и величине напряжение (Jpcr на нагрузке формируется из напряжения источника питания (трансформатора) Ua, Ub и Uc, что и определило название этого типа преобразователя частоты. Частота напряжения на нагрузке может регулироваться только вниз от сетевой/, и ее максимальное значение обычно не превосходит 20 Гц, что определяет ограниченные возможности применения этого типа преобразователя частоты.

Рис. 2.2. Силовая часть схемы преобразователя частоты с непосредственной связью

Преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока в составе ЭП могут выполняться по двум основным схемам. На рис. 2.3 показана силовая часть схемы трехфазного преобразователя частоты с инвертором напряжения. Она состоит из нерегулируемого выпрямителя В, собранного на шести диодах VD1— VD6, и автономного инвертора напряжения ЛИН на шести управляемых клю-

Читать еще:  Почему холодильник стал громко работать

Рис. 2.3. Силовая часть схемы преобразователя частоты с инвертором

чах, в качестве которых на схеме показаны модули, содержащие биполярные транзисторы с изолированным затвором VS 1— VS6и шунтирующие диоды VD7—VD12. Выпрямитель преобразует напряжение сети Ux стандартной частоты/ в выпрямленное напряжение, а инвертор — выпрямленное напряжение в напряжение U2 регулируемой частоты/. Регулирование напряжения U2 на нагрузке осуществляется широтно-импульсной модуляцией выпрямленного напряжения. Конденсаторы С выполняют роль фильтра и элемента, осуществляющего обмен реактивной мощности с нагрузкой.

На рис. 2.4 показана силовая часть схемы преобразователя частоты с инвертором тока. Она включает управляемый выпрямитель В на тиристорах VS1—VS6 и инвертор тока Яна запираемых тиристорах VS7— VS12. Конденсаторы С являются источником реактивной мощности для нагрузки, реактор L обеспечивает работу инвертора тока. Приведенная схема позволяет осуществлять рекуперацию (отдачу) энергии в сеть.

Рис. 2.4. Силовая часть схемы преобразователя частоты с инвертором тока

Регуляторы напряжения переменного тока. Регулятором напряжения переменного тока называется преобразователь напряжения переменного тока стандартных частоты и напряжения в регулируемое напряжение переменного тока той же частоты. Они могут быть одно- и трехфазными и используют в своей силовой части, как правило, тиристоры.

Схема однофазного тиристорного регулятора напряжения ТРН показана на рис. 2.5, а. Его силовая часть состоит из двух тиристоров VS1 и VS2, включенных по встречно-параллельной схеме между источником питания с напряжением t/j и нагрузкой ZH. Изменение с помощью входного сигнала Uy момента подачи импульсов управления Ua на тиристоры позволяет регулировать напряжение на нагрузке UH от нуля до сетевого С/, при той же частоте сети.

На рис. 2.5, б показана схема включения трехфазного тиристорного регулятора напряжения, нагрузкой которого являются обмотки статора двигателя переменного тока АД. Добавление в эту схему еще двух пар тиристоров позволяет изменять чередование фаз напряжения на статоре двигателя и тем самым изменять на противоположное направление его частоты вращения.

Рис. 2.5. Схемы регулятора напряжения переменного тока: а — однофазного; б — трехфазного

Регуляторы напряжения используются в качестве мягких пускателей двигателей переменного тока, ограничивающих их пусковые токи и моменты, а также регуляторов экономичности ЭП с асинхронными двигателями, обеспечивающих наилучшие энергетические параметры при их работе. На основе регуляторов напряжения может быть реализовано так называемое квазичастотное управление асинхронными двигателями и их динамическое торможение.

Регуляторы напряжения постоянного тока. Регуляторы этого типа преобразуют напряжение постоянного тока источника питания в регулируемое напряжение на нагрузке. В таких преобразователях используются силовые полупроводниковые управляемые ключи — тиристоры и транзисторы, а регулирование напряжения в них происходит за счет модуляции напряжения источника питания.

Принцип работы импульсного преобразователя напряжения иллюстрирует схема на рис. 2.6, где ZH, UH, — соответственно сопротивление и напряжение нагрузки; Е — напряжение источника питания; УПК— управляемый полупроводниковый ключ; VD — обратный диод. Регулирование напряжения на нагрузке осуществляется за счет периодического замыкания и размыкания УПК, при которых происходит подключение нагрузки к источнику питания и ее отключение. Изменяя длительность импульсов при неизменной частоте их следования (широтно-импульсный способ) или их частоту при неизменной длительности (частотно-импульсный способ), можно регулировать напряжение на нагрузке от нуля до напряжения источника питания.

Рис. 2.6. Регулятор напряжения постоянного тока

Наибольшее распространение получил широтно-импульсный способ, при котором среднее напряжение на нагрузке UH связано с напряжением источника питания Е, длительностью импульса /и и периодом их следования Тследующим соотношением:

где — относительная длительность (скважность) импульсов.

Сайт для электриков

Лукутин Б. В., Обухов С. Г. Силовые преобразователи в электроснабжении: Учебное пособие. — Томск: Изд-во ТПУ, 2007. — 144 с.

Пособие предназначено для студентов дневного и заочного обучения по специальности 140211 «Электроснабжение по отраслям», а также для бакалаврской подготовки по направлению 140200 «Электроэнергетика».

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СИЛОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
1.1. Классификация силовых преобразователей электроэнергии
1.2. Системный подход к анализу силовых преобразователей электроэнергии
2. ХАРАКТЕРИСТИКИ СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ
2.1. Параметры и схемы замещения силовых вентилей
2.2. Конструкция и маркировка силовых полупроводниковых приборов
2.3. Способы формирования управляющих сигналов для тиристоров
2.4. Понятие об искусственной коммутации тиристоров
3. ТИРИСТОРНЫЕ КОММУТИРУЮЩИЕ И РЕГУЛИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА В СЕТЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
3.1. Тиристорные коммутаторы
3.2. Тиристорные усилители
3.3. Работа фазорегулируемых тиристорных усилителей
3.4. Искажения напряжения питающей сети нелинейной нагрузкой
3.5. Фазорегулируемый тиристорный усилитель без нулевого провода
3.6. Фазорегулируемые тиристорные усилители с активно-индуктивной нагрузкой
3.7. Примеры практического использования тиристорных коммутирующих и регулирующих устройств
4. ВЫПРЯМИТЕЛИ
4.1. Общие сведения
4.2. Однополупериодный неуправляемый выпрямитель однофазного тока
4.3. Однофазный выпрямитель с нулевым выводом
4.4. Однофазная мостовая схема выпрямителя
4.5. Трехфазная нулевая схема выпрямления
4.6. Трехфазная мостовая схема выпрямления
4.7. Управляемый однофазный выпрямитель с нулевым выводом
4.8. Трехфазный управляемый мостовой преобразователь
4.9. Специальные схемы выпрямителей
4.10. Инверторный режим управляемого выпрямителя
4.11. Области применения выпрямителей
5. ФИЛЬТРЫ ВЫСШИХ ГАРМОНИК
5.1. Емкостной фильтр
5.2. Индуктивный фильтр
5.3. Сложные R, L, С — фильтры
5.4. Резонансные фильтры
5.5. Электронные фильтры
5.6. Сетевые фильтро-компенсирующие устройства
6. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ
6.1. Преобразователи частоты с непосредственной связью
6.2. Выпрямительно-инверторные преобразователи частоты
6.3. Способы улучшения качества выходною напряжения автономных инверторов
6.4. Практическое использование статических преобразователей частоты
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ОГЛАВЛЕНИЕ

Выбор инвертора (преобразователя напряжения)

Инвертором называют устройство, преобразующее постоянный ток в переменный, меняя при этом величину напряжения.

Инверторы, преобразующие 12 В или 24 В в 220 В, становятся все востребованнее – ведь сфер применения этим приборам много:

  • автопутешествия – в дороге через инвертор к автомобильному аккумулятору можно подключить необходимые приборы – холодильник, насос, электроинструмент;
  • использование в системах альтернативных источников энергии — к примеру, для потребления электричества, выработанного солнечными батареями;
  • организация резервного источника электроснабжения для домашних нужд. Простая связка автомобильный аккумулятор + инвертор при неожиданном отключении электричества как минимум поддержит освещение в доме. Такая схема, кстати, имеет очень большое распространение в соседнем Китае – там аккумуляторы с инверторами нередкие гости в домах;
  • на даче или при строительстве загородного дома, кода линия электричества еще не подведена, или ее в принципе нет, а бензогенератор ставить не хочется.

И это еще не все ситуации, когда инвертор облегчит вам жизнь.

Если вы уже задумались о покупке такого прибора, то следует разобраться – какие виды преобразователей напряжения бывают, и как подобрать оптимальный вариант под ваши нужды, не переплачивая лишних денег.

Первое, с чем нужно определиться – зачем вам нужен инвертор?

Самые простые, миниатюрные и маломощные инверторы, подключаемые в машинах к прикуривателю, организуют «обычную розетку» для подключения прибора небольшой мощности – зарядки телефона или ноутбука, подзарядки фонарика. При этом не нужно будет возить с собой ворох проводов, для питания каждого из устройств от прикуривателя. Вы просто будете подключать родной провод в организованную розетку.

Через автомобильный прикуриватель не стоит подключать инвертор с нагрузкой выше 150 Вт – можно вывести из строя всю электропроводку автомобиля и нарваться на дорогостоящий ремонт. Потребителей выше 150 Вт следует подключать только напрямую к аккумулятору, через клеммы.

К таким преобразователям можно подключить уже более мощные приборы. Для уменьшения потерь КПД и надежности, подключение мощных инверторов к клеммам аккумулятора следует проводить не «крокодильчиками», которыми иногда комплектуется прибор, а медными клеммами, под винт. Сечение и длину проводов подключения выбирайте исходя из расчета потерь тока, а не по нагреву.

Следующее, на что стоит обратить внимание – форма тока, которую выдает инвертор. Это важный момент, так как он определяет, какое оборудование вы сможете подключить к инвертору. Есть два вида:

  • чистая синусоида – токовая кривая в виде ровной синусоиды. К такому инвертору можно подключать любые приборы, без опасений за их сохранность. Недостатком этого типа можно назвать только высокую стоимость – для получения чистого синуса требуется сложная электрическая схема.

  • модифицированная синусоида – вид токовой кривой, напоминающей синусоиду, но на деле являющейся ступенчатой характеристикой. К инвертору с модифицированным синусом не стоит подключать: асинхронные двигатели, компрессоры, чувствительные к помехам устройства. Приборы даже если и будут работать при таком питании, но с заметным ухудшением качества – звуковая аппаратура будет «фонить», насосы и двигатели сильно греться и шуметь. Самое меньшее зло в этой ситуации будет – уменьшение КПД, большее (при постоянной эксплуатации) – их скорый выход из строя, из-за тяжелого режима работы.

Но это не значит, что инвертор с модифицированным синусом использовать не рекомендуется. Он не окажет негативного влияния на качество работы ламп освещения, нагревательных приборов, оборудования с импульсными блоками питания (ноутбуки, телефоны), большинство телевизоров, электроинструмент с коллекторными двигателями (лобзики, дрели). Однако для обеспечения работы электроинструмента от инвертора лучше докупить устройство плавного пуска – чтобы пусковые токи не выходили за пределы допустимого.

При выборе инвертора обязательно нужно продумать, что вы хотите к нему подключать, и уже после этого решать – готовы вы платить за устройство с чистым синусом, или оптимальной покупкой для вас будет менее дорогое устройство с модифицированной синусоидой.

Все преобразователи напряжения обладают двумя характеристиками по мощности –постоянная мощность и пиковая мощность прибора. Нужно различать эти два параметра.

Постоянная мощность говорит о том, с какой нагрузкой сможет справляться инвертор в длительном режиме работы. В зависимости от потребностей, можно подобрать устройство как невысокой мощности от 60 до 1000 Вт, так и серьёзный агрегат с мощностью от 1000 Вт и выше, позволяющий организовать мини-электростанцию на выезде.

Читать еще:  Особенности независимого расцепителя

Постоянную мощность необходимо выбирать таким образом, чтобы оставался запас, хотя бы 20 % – ни одно устройство не будет работать хорошо на пределе своих возможностей, поэтому не экономьте на этом моменте. Также не следует забывать о возможностях аккумулятора, ведь его емкость ограничена.

Пиковая мощность определяет предельную кратковременную нагрузку – от 150 до 10000 Вт. К примеру, пусковой ток холодильника, подключаемого к инвертору, как правило, в несколько раз выше номинальной мощности – это следует учитывать. Если вы не рассчитаете мощность инвертора для покрытия пускового тока, то прибор-потребитель не сможет начать работать.

Если инвертор будет работать от аккумулятора не снятого, а работающего от генератора машины, помните, что ток нагрузки инвертора не должен превышать выдаваемого тока генератора.

На деле подбор подходящей мощности не так уж и сложен, рассмотрим пример.

Подключаемая нагрузка: холодильник (15 Вт), зарядка ноутбука (80 Вт), зарядка телефона (60 Вт). Здесь, конечно, следует учесть пусковой ток холодильника, превышающий номинальный в 3-4 раза. Получится, что в момент включения холодильник потребит (в худшем случае) до 60 Вт. В итоге имеем, что для означенной нагрузки нам хватит инвертора в 300 Вт.

Конечно, не все инверторы работают с высоким КПД, при расчете мощности следует плюсовать к нагрузке еще возможные потери в кабеле, в зажимах и прочее – но вцелом видно, что для обеспечения минимально необходимых нужд сильно мощный инвертор не нужен. В большинстве случаев для комфортного туризма хватит прибора мощностью до 600 – 700 Вт, то есть с суммарным током нагрузки около 50 А, что гораздо меньше тока стандартного генератора на современных машинах.

Другой расклад получается, если вы захотите использовать инвертор для подключения электроинструмента – лобзиков, дрелей и др. Здесь уже целесообразно использование мощных инверторов – от 1 кВт и выше.

Преобразователи напряжения бывают различного уровня входного напряжения. Устройства до 2,5-3 кВт как правило работают от входного напряжения 12 В. Более мощные устройства, рассчитанные на выдачу нескольких киловатт, выпускаются на более высокие уровни напряжения – 24 и 48 В. Поэтому, выбирая инвертор, обратите внимание не только на мощность, но и на параметры входного напряжения:

  • максимальное входное напряжение от 12 до 30 В
  • минимальное входное напряжение от 9,2 до 24 В

Практически все инверторы оборудованы теми или иными видами защит, которые следят за параметрами работы, и помогают избежать критических ситуаций, действуя на отключение или звуковой сигнал:

  • защита от избыточного напряжения на входе
  • защита от короткого замыкания
  • защита от неправильного подключения
  • защита от низкого напряжения на входе (в том числе помогает избежать переразряда аккумулятора, отключая нагрузку при падении напряжения до заданной величины)
  • защита от перегрева
  • защита от перегрузки

Для подключения нагрузки у преобразователей напряжения могут быть предусмотрены различные выходы:

Устройство с необходимыми вам типами и количеством выходов выбирайте исходя из того, какое оборудование нужно подключить. Выходы постоянного тока с уровнем напряжения 12 – 28 В понадобятся для подключения специального автооборудования: магнитол, ТВ-приемников, подогрева сидений, автохолодильников). USB-порты пригодятся для подзарядки мобильных устройств. Выходы в виде розеток потребуются для «универсального» подключения электроприборов. При этом типы розеток могут быть различны:

Также встречаются преобразователи напряжения, не рассчитанные на подключение потребителя 220 В, и преобразующие 24 В в 12 В и 12 В в 24 В – у таких устройств розеток нет.

Длина кабеля инвертора может достигать 100 м. С одной стороны, кабель длиной 10-100 м — это удобно: обеспечивает мобильность устройства, его можно переносить, не трогая аккумулятор. С другой стороны, не стоит забывать, что каждый кабель является слабым звеном электросистемы, так как на нем происходят потери мощности. Поэтому не стоит гнаться за длиной кабеля. Лучше обратите внимание на его качество – чем толще кабель, тем выше его сечение и меньше потерь электричества он будет создавать. Чем гибче кабель – тем качественнее его материалы и меньше вероятность повреждения от загибов.

Инверторы выпускаются в корпусах из различных материалов:

  • алюминий
  • алюминий и пластик
  • металл
  • металл и пластик
  • пластик

С точки зрения пассивного охлаждения лучше всего инверторы в алюминиевом корпусе – он обеспечивает максимальный отвод тепла. Но для инверторов с активным охлаждением (вентилятором в корпусе), где проблема отвода тепла решена, лучшим вариантом будет корпус из стали – как более прочный. Комбинированные корпуса из алюминия+пластик или стали+пластик тоже хороший вариант, а вот корпус из одного пластика допустим только для маломощного прибора.

Устанавливать любой инвертор в машине необходимо так, чтобы обеспечивалось его охлаждение, то есть он не должен быть закрыт. Засунуть работающий инвертор в бардачок или в кейс – не лучший вариант.

В недорогом ценовом сегменте до 1400 рублей вы найдете инверторы небольшой мощности – до 200 Вт, с модифицированной синусоидой, рассчитанные на подключение к прикуривателю и питание мелких приборов.

В среднем ценовом сегменте от 1400 до 5000 рублей уже встретятся приборы помощнее – до 800 Вт, рассчитанные по большей части на подключение к аккумулятору, но все с той же модифицированной синусоидой.

В дорогом ценовом сегменте от 5000 и выше можно найти приборы как с чистым синусом, так и с модифицированным, но высокой мощности – до 5000 Вт.

Можно подвести итог: при выборе инвертора, не гонитесь за высокой мощностью прибора, т.к. все остальное оборудование может не вывезти такую нагрузку. Лучше обратите внимание на качество сборки, комплектующие и материалы. Стоить хороший качественный прибор даже средней мощности не будет дешево. Для некоторых видов оборудования подойдет инвертор только с чистым синусом на выходе. Не поленитесь рассчитать нагрузку перед подключением – и у вас не будет неприятных сюрпризов в последствии.

Силовые преобразователи электроэнергии

Содержание

Силовые преобразователи электрической энергии

Конспект лекций для студентов

Специальность 140604 – электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов

Введение. Общие вопросы преобразовательной техники. 4

  1. Классификация полупроводниковых преобразователей. 4

1.1. Базовые типы преобразователей. 5

1.2. Выпрямители. Общие понятия и определения. Основные параметры схем выпрямления. 5

1.3. Основные элементы преобразователей. 9

  1. Преобразователи постоянного тока. 14

2.1. Неуправляемые выпрямители. 14

2.1.1. Однофазный однополупериодный выпрямитель. 14

2.1.2. Однофазная двухполупериодная схема со средней точкой. 15

2.1.3. Однофазная двухполупериодная мостовая схема выпрямления. 18

2.1.4. Трехфазный выпрямитель со средней (нулевой) точкой. 20

2.1.5. Трехфазный мостовой выпрямитель. 21

2.1.6. Многомостовые схемы. 22

2.2. Управляемые выпрямители. 26

2.2.1. Однофазная двухполупериодная схема со средней точкой. 26

2.2.2. Однофазная мостовая схема. 28

2.2.3. Трехфазная схема со средней точкой трансформатора. 29

2.2.4. Трехфазный мостовой выпрямитель. 30

2.2.5. Гармонический состав выпрямленного напряжения и первичных токов

в схемах выпрямления. 32

2.3. Процессы коммутации в вентильных схемах и внешние характеристики

2.3.1. Процессы коммутации в однофазных схемах. 34

2.3.2. Процессы коммутации в трехфазных схемах. 37

2.3.3. Внешние характеристики выпрямителей. 38

2.4. Аварийные режимы выпрямителей. Фильтры. 41

3.1. Инверторы, ведомые сетью. 45

3.2. Внешние характеристики преобразователя в области прерывистых токов. 46

3.3. Двухкомплектные реверсивные схемы ТП. 47

3.3.1. Совместное управление реверсивными ТП. 47

3.3.2. Раздельное управление группами вентилей реверсивного ТП. 51

3.3.3. Системы управления преобразователями. 51

3.3.4. Функциональные схемы типовых трехфазных ТП промышленных серий. 52

3.3.5. Характеристики управления ТП. 54

  1. Автономные инверторы. 55

4.1. Классификация инверторов. 55

4.2. Способы искусственной коммутации тиристоров в автономных инверторах. 55

4.3. Инверторы тока. 58

4.3.1. Параллельный инвертор тока. 58

4.3.2. Последовательный и параллельно-последовательный инвертор тока. 59

4.3.3. Инвертор тока с двухступенчатой коммутацией. 61

4.3.4. Трехфазные инверторы тока. 61

4.4. Инверторы напряжения. 61

4.4.1. Последовательное включение активно-индуктивной нагрузки. 61

4.4.2. Параллельное включение активно-индуктивной нагрузки. 63

4.4.3. Инверторы напряжения на тиристорах. 64

4.4.4. Трехфазные инверторы напряжения. 65

5.1. Преобразователи с промежуточным звеном постоянного тока……………………….67

5.2. Преобразователи с непосредственной связью………………………………………….68

5.3. Современные ПЧ в электроприводе…………………………………………………….70

5.4. Современные ПЧ с АИН и тенденция их развития……………………………………73

5.5. Автономный инвертор напряжения на транзисторах………………………………….76

5.5.1. Принципы построения и управления ………………………………………………..76

5.5.2. Гармонический состав выходного напряжения инвертора ………………………. 83

5.5.3. Побочные эффекты при работе ПЧ…………………………………………………. 85

  1. Импульсные регуляторы постоянного напряжения……………………………………..87

6.1. Тиристорный ключ постоянного тока с параллельной коммутацией………………. 87

6.2. Тиристорный ключ постоянного тока с последовательной коммутацией…………. 88

6.3. Принципы импульсного преобразования постоянного тока…………………………. 88

6.4. Транзисторные преобразователи………………………………………………………. 92

6.4.1. Принципы построения и управления………………………………………………….92

6.5. Импульсные преобразователи постоянного напряжения с пониженным выходным напряжением……………………………………………………………………………….96

6.6. Импульсные преобразователи постоянного напряжения с повышенным выходным напряжением………………………………………………………………………………98

6.7. Импульсные преобразователи постоянного напряжения с повышенным и пониженным выходным напряжением………………………………………………………………….100

6.8. Коммутационные процессы в двухпозиционных тиристорных прерывателях………104

  1. Тиристорные преобразователи переменного тока………………………………………..105

7.1. Силовые схемы тиристорных ключей…………………………………………………. 105

7.2. Тиристорные ключи переменного тока с искусственной коммутацией – ТКИ………108

7.2.1. ТКИ с независимым коммутационным узлом……………………………………….108

7.2.2. ТКИ с полузависимым коммутационным злом………………………………………108

7.2.3. ТКИ с зависимым коммутационным узлом…………………………………………..111

7.3. Преобразователи однофазного напряжения с фазным регулированием на базе тиристорных ключей с естественной коммутацией –ТКЕ………………………………111

7.4. Преобразователи трехфазного напряжения с фазовым регулированием на базе ТКЕ..112

7.5. Импульсные преобразователи переменного напряжения на базе ТКЕ………………. 113

7.6. Преобразователи переменного напряжения на базе ТКИ………………………………113

  1. Индуктивно-емкостные преобразователи тока…………………………………………. 116
  2. Литература……………………………………………………………………………………..

Практических – 20, 20

Лабораторные – 16, 16

Курсовой проект – дневники

Курсовая работа – сокращенники

  1. Розанов Ю.К. «Основы силовой преобразовательной техники» М.:Энергия, 1979
  2. Миронов Ю.М. «Электроснабжение электротермических установок» М.:Высшая школа, 1990
Читать еще:  Принцип работы и разновидности таймеров для выключения света

Преобразователь тока.

Преобразователь тока – это тип электротехнического устройства, которое преобразует электроэнергию с одними параметрами или показателями качества в электрическую энергию с другими значениями параметров или показателей качества. Напряжение, род тока, частота, фаза напряжения и число фаз могут являться параметрами электроэнергии.

Преобразователи тока электроэнергии, по степени управляемости разделяют на два вида: управляемые и неуправляемые. Основное отличие между ними в том, что в управляемых преобразователях могут регулироваться выходные переменные (ток, напряжение, частота).

Подразделяются преобразователи электрической энергии по элементной базе на:

  • электромашинные (вращающиеся);
  • полупроводниковые (статические).

Сейчас электромашинные преобразователи не находят должного применения в электроприводах, так как реализуются они на основе применения электрических машин. Трех типов могут быть полупроводниковые преобразователи: транзисторными, диодными и тиристорными.

Силовые преобразователи по характеру преобразования электроэнергии подразделяются на преобразователи частоты, инверторы, регуляторы напряжения постоянного и переменного тока, преобразователи числа фаз напряжения переменного тока, выпрямители.

Преобразователь тока электроэнергии.

Применяются в современных автоматизированных электроприводах главным образом полупроводниковые транзисторные и тиристорные преобразователи переменного и постоянного тока.

Основные достоинства полупроводниковых преобразователей:

  • широкий спектр функциональных возможностей в управлении процессом преобразования электроэнергии;
  • большой срок службы;
  • простота обслуживания и удобство при эксплуатации;
  • высокие КПД и быстродействие;
  • широкие возможности по реализации защит, диагностирования, тестирования и сигнализации не только самого электропривода, но и технологического оборудования.

Полупроводниковые преобразователи тока имеют и свои недостатки: низкая помехозащищенность, обладают высокой чувствительностью полупроводниковых приборов к перегрузкам по напряжению и току, а также скорости их изменения, искажают синусоидальную форму тока и напряжения сети.

СИЛОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА

В результате изучения данной главы студенты должны: знать: виды и структуру силовых преобразователей, характеристики типовых энергетических преобразователей;

уметь: проводить классификацию источников электропитания; владеть: технологией работы типовых энергетических преобразователей (выпрямителя, стабилизатора, инвертора).

Виды силовых преобразователей и элементная база

Преобразователи электрической энергии служат для электропитания устройств, управления исполнительными механизмами, регулирования температуры объектов и составляют неотъемлемый атрибут электронных устройств. Силовой электронный преобразователь (СЭП) представляет собой устройство, которое с помощью управляющего (информационного) сигнала хпреобразует энергию W электрической сети или автономного источника в энергию другого вида W‘2, обладающую параметрами, которые задает управляющий сигнал х (рис. 19.1, а).

Вид электрической энергии (напряжения и тока) на входе и выходе преобразователя служит одним из главных классификационных признаков устройств: выпрямитель преобразует энергию переменного тока в энергию постоянного тока (рис. 19.1, 6); стабилизатор преобразует энергию постоянного тока в напряжение и ток с заданными параметрами (рис. 19.1, в); регулятор изменяет по заданному закону значение переменного напряжения (рис. 19.1, г); инвертор преобразует энергию постоянного тока в энергию переменного тока (рис. 19.1, д). Более сложные преобразователи, например для уп-

Рис. 19.1. Силовой прибор (а), выпрямитель (б), стабилизатор (в), регулятор (г), инвертор (д) равления электродвигателем, можно построить с использованием соединения приведенных типовых блоков. Для силовых (энергетических) преобразователей в качестве базового параметра принимают экономичность, характеризуемую коэффициентом полезного действия (КПД), который определяют как отношение полезной выходной мощности преобразователя к подводимой мощности.

Указанный параметр обусловил требования к структуре и элементной базе силовых преобразователей. По определению СЭП представляет собой устройство, преобразующее с минимальными потерями энергию промышленной электрической сети или автономного источника в энергию нагрузки с заданными параметрами. В качестве управляемых элементов современных преобразователей нашли применение различные полупроводниковые приборы, преимущественно транзисторы. Энергетические и массогабаритные показатели силового оборудования обеспечиваются выбором принципа действия, схемы, элементной базы и режимов работы преобразователей. Для уменьшения потерь энергии используют импульсный режим управления, обеспечивающий работу полупроводниковых приборов в экономичных режимах переключения.

Типичная структура импульсного преобразователя содержит блок силовых полупроводниковых переключателей (Силовые ключи), схему сглаживания (Фильтр) и устройство управления (УУ) (рис. 19.2).

Под действием сигнала у (уставки), задающего режим работы преобразователя, и сигналов обратных связей по напряжениям хи и току Х-, нагрузки устройство управления вырабатывает сигналы gt. gn, определяющие работу силовых ключей, которые осуществляют преобразование напряжений (7ц. сети электропитания в напряжения U2i. U2k с заданными параметрами в нагрузке.

Особенности структуры и режимов работы силовых полупроводниковых приборов в энергетических преобразователях связаны с получением высокого КПД. Это предусматривает работу приборов в режимах с близкими к предельно допустимым значениями токов и напряжений. Эксплуатация элементов при больших уров-

Рис. 19.2. Структура импульсного силовою преобразователя нях сигналов требует использования при их анализе сложных моделей, учитывающих нелинейные и тепловые эффекты.

При несомненном преимуществе импульсных преобразователей коммутация больших токов при высоких напряжениях с малыми временами переключения служит причиной образования мощных электромагнитных помех, распространяющихся по линиям связи и в окружающем пространстве. Это требует применения дополнительных мер по конструктивному и схемотехническому обеспечению электромагнитной совместимости электрических и электронных устройств.

Непрерывное совершенствование полупроводниковой технологии и повышение степени интеграции позволили создать энергетические модули, объединяющие силовые приборы и информационные системы управления, что значительно повысило надежность устройств. Вместе с тем надежность системы в целом, массогабаритные параметры преобразователей и их характеристики зависят как от типа полупроводниковых элементов, так и от параметров фильтрующих устройств. Весьма актуальной при проектировании силовых преобразователей является проблема совместной миниатюризации и поиск возможностей использования интегральной технологии для построения устройств. Минимизация уровня рассеиваемой мощности требует решения задач расчета тепловых режимов.

Основу элементной базы составляют полупроводниковые структуры и приборы (диоды, транзисторы, тиристоры, стабилитроны, варисторы). Пассивные элементы (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы) применяются для задания режимов работы полупроводниковых приборов, а также в составе отдельных преобразователей.

Мощные силовые диоды, широко применяемые при преобразовании переменного напряжения в пульсирующий ток, как правило, имеют /? + -«-структуру и предназначены для работы в диапазоне частот от 50 Гц до 20 кГц. Основными параметрами силовых диодов являются максимально допустимое значение прямого тока — /,„ пр; допустимое значение прямого импульсного тока — /пр и; прямое напряжение открытого диода — Unp при 1т пр; максимально допустимое значение обратного напряжения — U0бр; максимальное значение обратного тока — 1т 0(—. Типовые значения прямого тока силовых диодов лежат в пределах от единицы до тысячи ампер при прямом напряжении около одного вольта, и они допускают обратные напряжения от сотен до тысячи вольт.

Силовые биполярные транзисторы используются преимущественно в ключевом режиме, характеризуемом быстрым переходом из состояния насыщения с большими токами в состояние отсечки с высоким обратным напряжением. Во время процессов переключения в активном режиме транзистор также работает при больших значениях напряжений и токов. Исходя из приведенных условий силовые транзисторы должны обеспечить большой ток коллектора /к (от единицы до сотен ампер); малое напряжение насыщенного транзистора [/„ (доли вольта); высокое пробивное напряжение [7Кэтах ( от сотен до тысячи вольт); малое время переключения tn (единицы миллисекунд).

Транзисторная структура, удовлетворяющая указанным условиям, имеет большие площади сечения базовой и коллекторной областей при малой ширине базы (рис. 19.3, а).

Рис. 193. Структуры силового (а) и составного (б) транзистора, эквивалентная схема (в)

Силовой транзистор обычно включают по схеме с общим эмиттером (э), подключением нагрузки к выводу коллектора (к) и управлением по выводу базы (б). Основным недостатком мощного транзистора является небольшое значение коэффициента усиления (Р п 2

п с тремя взаимодействующими р-п-переходами и внешними выводами анода (А), катода (К) и управляющего электрода (У) (рис. 19.4, а).

Статические характеристики тиристора можно получить, условно представив его структуру разделенной на две части, кото-

Рис. 19.4. Структура (а), схема (6), характеристики (в) и обозначение(г)тиристора

рым соответствуют транзисторы Т и Т2 на эквивалентной схеме (рис. 19.4, б). При положительном напряжении на аноде относительно катода переходы п22 и П-р смещены в прямом, а переход п2-р — в обратном направлении, что определяет весьма малый ток закрытого перехода /ко через прибор. Из эквивалентной схемы при работе транзисторов в активной области можно получить выражение для тока / = /, + -типа, что ведет к увеличению сопротивления открытого транзистора. Достоинствами прибора являются весьма малое потребление по цепи управления, очень большой коэффициент усиления тока и простота сопряжения с параметрами управляющих логических элементов.

Совершенствование технологии привело к созданию комбинированной структуры, содержащей силовой биполярный (БП) и управляющий КМДП-транзисторы (19.6, а).

В типичную структуру р + -п -р + силового биполярного транзистора введена область гС, которая совместно с областями п

, р + и поликремниевым затвором образует управляющий нолевой транзистор с индуцированным каналом /7-типа. Ток стока МДП-тран- зистора является током базы силового транзистора Т (рис. 19.6, б). Управляемость улучшается за счет образовавшегося в структуре транзистора Г2, который вместе с Т образует составной транзистор. В целом структура обеспечивает весьма большой коэффициент усиления тока благодаря соединению полевого транзистора с составным биполярным транзистором.

Прибор (рис. 19.6, в) с приведенной комбинированной структурой называется биполярным транзистором с изолированным затвором, или IGBT-прибором (Insulated Gate Bipolar Transistor). В нем объединены преимущества полевых транзисторов (совместимость по уровням управления с цифровыми логическими эле-

Рис. 19.6. Структура (а), схема (б) и обозначение (в) БТ с изолированным затвором ментами, очень большое входное сопротивление) с достоинствами силовых биполярных транзисторов (малое выходное сопротивление, большие значения коммутируемых токов при высоких напряжениях). Производятся IGBT-приборы с широкой номенклатурой параметров в виде отдельных изделий или в составе силовых блоков, оснащенных системами контроля и управления.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector