Введение. Общие вопросы преобразовательной техники

Общие вопросы преобразовательной техники

Электроэнергия используется в различных видах:

¾ переменный ток с частотой 50 Гц;

¾ постоянный ток (до 50% всей вырабатываемой энергии);

¾ переменный ток повышенной частоты;

¾ ток специальной формы (например, импульсный).

Основными видами преобразования электроэнергии являются:

1. выпрямление - преобразование переменного тока в постоянный;

2. инвертирование - преобразование постоянного тока в переменный;

3. преобразование частоты;

4. преобразование постоянного напряжения в постоянное;

5. преобразование формы кривой тока;

6. преобразование числа фаз;

7. преобразование с использованием нескольких видов преобразований;

8. преобразование с целью стабилизации напряжения, тока или частоты переменного тока.

В соответствии с видами преобразование энергии классифицируются и преобразователи, подразделяясь на выпрямители, инверторы, преобразователи частоты, различного вида стабилизаторы и т.д.

Наибольшее применение получили мощные полупроводниковые преобразователи электроэнергии.

1. Классификация полупроводниковых преобразователей.

Силовые полупроводниковые преобразователи в системах электропривода выполняют функцию регулирования скорости и момента электродвигателя. Они включены между двигателем и основным источником питания.

Достоинства таких преобразователей:

¾ высокий КПД η = 0,95÷0,98;

¾ высокий коэффициент усиления по мощности;

¾ высокое быстродействие и надежность;

¾ мгновенная готовность к работе;

¾ малые габариты и масса;

К недостаткам следует отнести:

¾ низкий коэффициент мощности при глубоком регулировании напряжения;

¾ искажение питающего напряжения, вносимые работой преобразователя

¾ повышенный уровень излучаемых радиопомех.

1.1. Базовые типы преобразователей

По принципу действия преобразователи разделяются на следующие базовые типы (рис. 1.1):

¾ широтно-импульсные преобразователи (ШИП) – преобразуют постоянное напряжение питания в постоянное регулируемое напряжение на выходе;

¾ управляемые выпрямители (УВ) – преобразуют переменное напряжение в постоянное регулируемое напряжение на выходе. Частным случаем управляемого выпрямителя является выпрямитель неуправляемый (В);

¾ автономные инверторы (АИ) – преобразуют постоянное напряжение питания в переменное напряжение на выходе с регулируемым значением и регулируемой частотой;

¾ непосредственные преобразователи частоты (НПЧ) – преобразуют переменное напряжение в переменное напряжение на выходе с регулируемым значением и регулируемой частотой.

Возможные варианты применения базовых преобразователей в электроприводах показаны на рисунке 1.2.

В электроприводах постоянного тока исполнительным двигателем является двигатель постоянного тока. При питании от источника постоянного тока в качестве силового преобразователя используются ШИП, если источником питания является сеть переменного тока, то может применён УВ, либо сочетания В+ШИП.

В электроприводах переменного тока исполнительным двигателем является машина переменного тока. В этом случае при питании от источника постоянного тока применяется АИ, а при питании от источника переменного тока НПЧ, либо сочетание УВ+АИ, либо В+АИ.

Тиристорный преобразователь (ТП) можно представить в виде функциональной схемы при блочной структуре – рисунок 2. В схему входят:

¾ СТ - силовой трансформатор, предназначенный для согласования уровней напряжения сети и выходного напряжения выпрямителя, гальванической развязки сети и силовой схемы;

¾ ВБ – вентильный блок, осуществляющий функцию выпрямления;

¾ СУВ – система управления вентильным блоком;

¾ СЗС – система защиты и сигнализации.

Входной координатой ТП является напряжение управления U_у, выходной – выпрямленная ЭДС E_d. Входной блок Б1 преобразует величину U_у в угол открывания тиристоров α, а выходной блок Б2 преобразует величину α в ЭДС ТП E_d.

1.2. Выпрямители. Общие понятия и определения.

Классификация схем.

Выпрямители обычно классифицируют по мощности, числу фаз первичной обмотки трансформатора, схеме выпрямления.

По мощности: маломощные – до 1 кВт, средней мощности – до 100 кВт, мощные – больше 100 кВт.

По числу фаз – однофазные и трехфазные.

По напряжению: низкого – до 250 В; среднего – до 1000 В; высокого – выше 1000 В.

По схеме выпрямления:

а) по частоте пульсаций выходного напряжения по отношению к частоте сети, характеризуемые пульсностью схемы m: двухфазные – m = 2, трехфазные – m = 3, шестифазные – m = 6 и т.д.

б) по характеру управления – неуправляемые и управляемые.

К основным параметрам схемы выпрямителя, характеризующие работу трансформатора, относятся:

¾ действующие значения напряжения и тока вторичной обмотки – U_2ф, I₂;

¾ действующее значение тока первичной обмотки – I₁;

¾ полная мощность каждой из обмоток – S₁, S₂ и расчетная типовая мощность – S_т