מכשירי ממיר במערכות חשמל

אנרגיה חשמלית מופקת בתחנות כוח ומופצת בעיקר בצורת זרם חילופין עם תדר אספקה. אמנם מספר גדול צרכני חשמל בתעשייה דורש סוגים אחרים של חשמל לאספקת החשמל שלו.

לרוב נדרש:

• זֶרֶם יָשָׁר (אמבטיות אלקטרוכימיות ואלקטרוליזה, כונן חשמלי זרם ישר, מכשירי הובלה והרמה חשמליים, מכשירי ריתוך חשמליים);

• זרם חליפין תדר לא תעשייתי (חימום אינדוקציה, כונן AC במהירות משתנה).

בהקשר זה, יש צורך להפוך זרם חילופין לזרם ישיר (מתותקן) או בעת המרת זרם חילופין של תדר אחד לזרם חילופין של תדר אחר. במערכות העברת כוח חשמלי, בכונן DC של תיריסטור, יש צורך להמיר זרם ישר לזרם חילופין (היפוך זרם) בנקודת הצריכה.

דוגמאות אלו אינן מכסות את כל המקרים בהם נדרשת המרה של אנרגיה חשמלית מסוג אחד לאחר.יותר משליש מכלל החשמל המיוצר מומר לסוג אחר של אנרגיה, ולכן ההתקדמות הטכנית קשורה במידה רבה לפיתוח מוצלח של מכשירי המרה (ציוד המרה).

סיווג התקני המרת טכנולוגיה

הסוגים העיקריים של התקני המרה

חלקם של המרת מכשירים טכנולוגיים במאזן האנרגיה של המדינה תופס מקום משמעותי. היתרונות של ממירי מוליכים למחצה, בהשוואה לסוגים אחרים של ממירים, אינם ניתנים להכחשה. היתרונות העיקריים הם הבאים:

- לממירי מוליכים למחצה יש מאפייני ויסות ואנרגיה גבוהים;

- בעלי מידות ומשקל קטנים;

- פשוט ואמין בתפעול;

- לספק מיתוג ללא מגע של זרמים במעגלי אספקת החשמל.

הודות ליתרונות אלה, ממירי מוליכים למחצה נמצאים בשימוש נרחב: מתכות לא ברזליות, תעשייה כימית, רכבת ותחבורה עירונית, מתכות ברזל, הנדסת מכונות, אנרגיה ותעשיות אחרות.

ניתן הגדרות של הסוגים העיקריים של מכשירי המרה.

מיישר זהו מכשיר להמרת מתח AC למתח DC (U ~ → U =).

מהפך נקרא התקן להמרת מתח ישר למתח חילופין (U = → U ~).

ממיר תדר משמש להמרת מתח חילופין של תדר אחד למתח חילופין של תדר אחר (Uf1→Uf2).

ממיר מתח AC (רגולטור) נועד לשנות (לווסת) את המתח המסופק לעומס, כלומר. ממיר מתח AC של כמות אחת למתח AC של כמות אחרת (U1 ~ → U2 ~).

להלן הסוגים הנפוצים ביותר של התקני המרה טכנולוגיים... ישנם מספר התקני המרה המיועדים להמיר (וויסות) את גודל הזרם הישר, מספר שלבי הממיר, צורת עקומת המתח וכו'.

מאפיינים קצרים של התקני המרת בסיס האלמנטים

לכל מכשירי ההמרה, המיועדים למטרות שונות, יש עיקרון פעולה משותף, המבוסס על הפעלה וכיבוי תקופתיים של שסתומים חשמליים. נכון לעכשיו, התקני מוליכים למחצה משמשים כשסתומים חשמליים. הדיודות הנפוצות ביותר, תיריסטורים, טריאקים ו טרנזיסטור כוחעובד במצב מפתח.

1. דיודות מייצגות אלמנטים דו-אלקטרודים של מעגל חשמלי עם מוליכות חד-צדדית. המוליכות של דיודה תלויה בקוטביות של המתח המופעל. באופן כללי, דיודות מחולקות לדיודות בעלות הספק נמוך (זרם ממוצע מותר Ia ≤ 1A), דיודות בעלות הספק בינוני (הוספת Ia = 1 - 10A) ודיודות בעלות הספק גבוה (הוספת Ia ≥ 10A). לפי מטרתן, דיודות מחולקות לתדר נמוך (פאד ≤ 500 הרץ) ולתדר גבוה (fdop> 500 הרץ).

הפרמטרים העיקריים של דיודות המיישרים הם הזרם המיושר הממוצע הגבוה ביותר, תוספת Ia, A, והמתח האחורי הגבוה ביותר, Ubmax, B, שניתן להפעיל על הדיודה במשך זמן רב ללא סכנה להפריע לפעולתה.

בממירי הספק בינוני וגבוה הפעל דיודות חזקות (מפולת). לדיודות אלה יש כמה מאפיינים ספציפיים שכן הן פועלות בזרמים גבוהים ובמתחים הפוכים גבוהים, וכתוצאה מכך שחרור כוח משמעותי בצומת p-n.אז יש לספק כאן שיטות קירור יעילות.

תכונה נוספת של דיודות כוח היא הצורך להגן מפני מתחי יתר קצרי טווח הנובעים מנפילות עומס פתאומיות, מיתוג ו מצבי חירום.

ההגנה על דיודת אספקת החשמל מפני מתח יתר מורכבת מהעברת התמוטטות חשמלית אפשרית p-n - מעבר משטחי פנים לכמות גדולה. במקרה זה, להתמוטטות יש אופי מפולת, והדיודות נקראות מפולת. דיודות כאלה מסוגלות להעביר זרם הפוך גדול מספיק ללא התחממות יתר של אזורים מקומיים.

בעת פיתוח מעגלים של התקני ממיר, ייתכן שיהיה צורך להשיג זרם מתוקן העולה על הערך המרבי המותר של דיודה בודדת. במקרה זה, החיבור המקביל של דיודות מאותו סוג משמש עם אימוץ אמצעים להשוואת הזרמים הקבועים של המכשירים הכלולים בקבוצה. כדי להגדיל את המתח ההפוך הכולל המותר, נעשה שימוש בחיבור סדרתי של דיודות. במקביל, ניתנים אמצעים כדי לא לכלול את ההתפלגות הלא אחידה של המתח ההפוך.

המאפיין העיקרי של דיודות מוליכים למחצה הוא מאפיין המתח הנוכחי (VAC). מבנה המוליכים למחצה וסמל הדיודה מוצגים באיור. 1, א, ב. הענף ההפוך של מאפיין הזרם-מתח של הדיודה מוצג באיור. 1, c (עקומה 1 - I - V מאפיין דיודה מפולת, עקומה 2 - I - V מאפיין דיודה קונבנציונלית).

אורז. 1 - סמל וענף הפוך של מאפיין זרם-מתח הדיודה.

תיריסטורים זהו התקן מוליכים למחצה בעל ארבע שכבות עם שני מצבים יציבים: מצב של מוליכות נמוכה (תיריסטור סגור) ומוליכות גבוהה (תיריסטור פתוח). המעבר ממצב יציב אחד למשנהו נובע מפעולה של גורמים חיצוניים. לרוב, כדי לפתוח תיריסטור, הוא מושפע ממתח (זרם) או אור (פוטוטיריסטורים).

הבדיל בין תיריסטורים של דיודה (דיניסטורים) לבין אלקטרודת בקרה של תיריסטורי טריודה. האחרונים מחולקים לרמה אחת ודו-מפלסית.

בתיריסטורים עם פעולה אחת, רק פעולת כיבוי התיריסטורים מתבצעת במעגל השער. התיריסטור עובר למצב פתוח עם מתח אנודה חיובי ונוכחות של דופק בקרה על אלקטרודת הבקרה. לכן, המאפיין העיקרי המבחין של התיריסטור הוא האפשרות של עיכוב שרירותי בזמן הירי שלו בנוכחות מתח קדימה עליו. הנעילה של תיריסטור בפעולה אחת (כמו גם דיניסטור) מתבצעת על ידי שינוי הקוטביות של מתח האנודה-קתודה.

תיריסטורים כפולים מאפשרים למעגל הבקרה גם לפתוח וגם לנעול את התיריסטור. הנעילה מתבצעת על ידי הפעלת דופק בקרה של קוטביות הפוכה על אלקטרודת הבקרה.

יש לציין כי התעשייה מייצרת תיריסטורים חד פעמיים עבור זרמים מותרים של אלפי אמפר ומתחים מותרים של יחידת קילו-וולט. לתיריסטורים בעלי פעולה כפולה קיימים יש זרמים מותרים נמוכים משמעותית מאלו בעלי פעולה חד-פעולה (יחידות ועשרות אמפר) ומתחים מותרים נמוכים יותר. תיריסטורים כאלה משמשים בציוד ממסר ובמכשירי ממירים בעלי הספק נמוך.

באיור.2 מציג את הייעוד המקובל של התיריסטור, הסכמטי של מבנה המוליכים למחצה ומאפיין מתח הזרם של התיריסטור. האותיות A, K, UE מציינות בהתאמה את היציאות של אלמנט הבקרה של האנודה, הקתודה והתיריסטור.

הפרמטרים העיקריים הקובעים את הבחירה של תיריסטור ואת פעולתו במעגל הממיר הם: זרם קדימה מותר, תוסף Ia, A; מתח קדימה מותר במצב סגור, Ua max, V, מתח הפוך מותר, Ubmax, V.

המתח המרבי קדימה של התיריסטור, תוך התחשבות ביכולות ההפעלה של מעגל הממיר, לא יעלה על מתח ההפעלה המומלץ.

אורז. 2 - סמל תיריסטור, דיאגרמת מבנה מוליכים למחצה ומאפיין זרם-מתח של תיריסטור

פרמטר חשוב הוא זרם ההחזקה של התיריסטור במצב פתוח, Isp, A, הוא הזרם הקדמי המינימלי, בערכים נמוכים יותר שבהם התיריסטור נכבה; פרמטר הדרוש לחישוב העומס המינימלי המותר של הממיר.

סוגים אחרים של התקני המרה

טריאקים (תיריסטורים סימטריים) מוליכים זרם בשני הכיוונים. מבנה המוליכים למחצה של טריאק מכיל חמש שכבות מוליכים למחצה ובעל תצורה מורכבת יותר מהתיריסטור. שימוש בשילוב של שכבות p ו-n יוצר מבנה מוליכים למחצה שבו, בקוטביות מתח שונות, מתקיימים התנאים המתאימים לענף הישיר של מאפיין הזרם-מתח של התיריסטור.

טרנזיסטורים דו קוטבייםעובד במצב מפתח.בניגוד לתיריסטור הדו-תפעולי במעגל הראשי של הטרנזיסטור, יש צורך לשמור על אות בקרה לאורך כל מצב המוליכה של המתג. ניתן לממש מתג הניתן לשליטה מלאה עם טרנזיסטור דו קוטבי.

דוקטורט. קוליאדה ל.י.