Perangkat konverter dalam sistem tenaga

Energi listrik dihasilkan di pembangkit listrik dan didistribusikan terutama dalam bentuk arus bolak-balik dengan frekuensi suplai. Padahal jumlahnya banyak konsumen listrik dalam industri membutuhkan jenis listrik lain untuk catu dayanya.

Paling sering dibutuhkan:

• D.C. (pemandian elektrokimia dan elektrolisis, penggerak listrik arus searah, alat pengangkut dan pengangkat listrik, alat las listrik);

• arus bolak-balik frekuensi non-industri (pemanasan induksi, penggerak AC kecepatan variabel).

Dalam hubungan ini, menjadi perlu untuk mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah (diperbaiki) atau ketika mengubah arus bolak-balik dari satu frekuensi menjadi arus bolak-balik dari frekuensi lain. Dalam sistem transmisi tenaga listrik, dalam penggerak DC thyristor, ada kebutuhan untuk mengubah arus searah menjadi arus bolak-balik (inversi arus) pada titik konsumsi.

Contoh-contoh ini tidak mencakup semua kasus di mana diperlukan konversi energi listrik dari satu jenis ke jenis lainnya.Lebih dari sepertiga dari semua listrik yang dihasilkan diubah menjadi jenis energi lain, oleh karena itu kemajuan teknis sebagian besar terkait dengan keberhasilan pengembangan perangkat konversi (peralatan konversi).

Klasifikasi perangkat konversi teknologi

Jenis utama perangkat konversi

Pangsa konversi perangkat teknologi dalam keseimbangan energi negara menempati tempat yang signifikan. Keunggulan konverter semikonduktor, dibandingkan dengan jenis konverter lainnya, tidak dapat disangkal. Keuntungan utamanya adalah sebagai berikut:

— Konverter semikonduktor memiliki regulasi tinggi dan karakteristik energi;

— memiliki dimensi dan berat yang kecil;

— sederhana dan andal dalam pengoperasian;

— menyediakan pengalihan arus tanpa kontak di sirkuit catu daya.

Berkat keunggulan ini, konverter semikonduktor banyak digunakan: metalurgi non-besi, industri kimia, kereta api dan transportasi perkotaan, metalurgi besi, teknik mesin, energi, dan industri lainnya.

Kami akan memberikan definisi jenis utama perangkat konversi.

Penyearah Merupakan alat untuk mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC (U ~ → U =).

Inverter disebut perangkat untuk mengubah tegangan langsung menjadi tegangan bolak-balik (U = → U ~).

Konverter frekuensi berfungsi untuk mengubah tegangan bolak-balik satu frekuensi menjadi tegangan bolak-balik frekuensi lain (Uf1→Uf2).

Konverter tegangan AC (pengatur) dirancang untuk mengubah (mengatur) tegangan yang disuplai ke beban, mis. mengubah tegangan AC dari satu kuantitas ke tegangan AC dari kuantitas lain (U1 ~ → U2 ~).

Berikut adalah jenis perangkat konversi teknologi yang paling banyak digunakan... Ada sejumlah perangkat konversi yang dirancang untuk mengubah (mengatur) besarnya arus searah, jumlah fase konverter, bentuk kurva tegangan, dll.

Karakteristik singkat dari perangkat konversi basis elemen

Semua perangkat konversi, yang dirancang untuk tujuan yang berbeda, memiliki prinsip operasi yang sama, yang didasarkan pada pengaktifan dan penonaktifan katup listrik secara berkala. Saat ini, perangkat semikonduktor digunakan sebagai katup listrik. Dioda yang paling banyak digunakan, thyristor, triac dan transistor dayabekerja dalam mode kunci.

1. Dioda Merupakan elemen dua elektroda dari rangkaian listrik dengan konduktivitas satu sisi. Konduktansi dioda tergantung pada polaritas tegangan yang diberikan. Secara umum, dioda dibagi menjadi dioda daya rendah (arus rata-rata yang diizinkan Ia ≤ 1A), dioda daya menengah (penambahan Ia = 1 — 10A) dan dioda daya tinggi (penambahan Ia ≥ 10A). Menurut tujuannya, dioda dibagi menjadi frekuensi rendah (fadd ≤ 500 Hz) dan frekuensi tinggi (fdop> 500 Hz).

Parameter utama dioda penyearah adalah arus penyearah rata-rata tertinggi, penambahan Ia, A, dan tegangan balik tertinggi, Ubmax, B, yang dapat diterapkan pada dioda untuk waktu yang lama tanpa bahaya mengganggu operasinya.

Dalam konverter daya sedang dan tinggi Terapkan dioda yang kuat (longsor). Dioda ini memiliki beberapa karakteristik khusus karena beroperasi pada arus tinggi dan tegangan balik tinggi, menghasilkan pelepasan daya yang signifikan di persimpangan p-n.Jadi metode pendinginan yang efektif harus disediakan di sini.

Fitur lain dari dioda daya adalah kebutuhan untuk melindungi dari tegangan berlebih jangka pendek yang timbul dari penurunan beban secara tiba-tiba, peralihan dan mode darurat.

Perlindungan dioda catu daya dari tegangan lebih terdiri dari transfer kemungkinan gangguan listrik p-n - transisi dari area permukaan ke curah. Dalam hal ini, kerusakan memiliki karakter longsoran salju, dan dioda disebut longsoran salju. Dioda semacam itu mampu melewatkan arus balik yang cukup besar tanpa terlalu panas di area lokal.

Saat mengembangkan rangkaian perangkat konverter, mungkin perlu untuk mendapatkan arus yang diperbaiki melebihi nilai maksimum yang diijinkan dari satu dioda. Dalam hal ini, sambungan paralel dioda dengan tipe yang sama digunakan dengan mengadopsi langkah-langkah untuk menyamakan arus konstan perangkat yang termasuk dalam grup. Untuk meningkatkan tegangan balik total yang diijinkan, koneksi seri dioda digunakan. Pada saat yang sama, langkah-langkah disediakan untuk mengecualikan distribusi tegangan balik yang tidak merata.

Karakteristik utama dioda semikonduktor adalah karakteristik tegangan arus (VAC). Struktur semikonduktor dan simbol dioda ditunjukkan pada Gambar. 1, a, b. Cabang kebalikan dari karakteristik arus-tegangan dioda ditunjukkan pada Gambar. 1, c (kurva 1 — I — V karakteristik dioda longsoran, kurva 2 — I — V karakteristik dioda konvensional).

Beras. 1 — Simbol dan cabang kebalikan dari karakteristik arus-tegangan dioda.

Thyristor Ini adalah perangkat semikonduktor empat lapis dengan dua kondisi stabil: keadaan konduktivitas rendah (thyristor tertutup) dan konduktivitas tinggi (thyristor terbuka). Transisi dari satu keadaan stabil ke keadaan stabil lainnya disebabkan oleh aksi faktor eksternal. Paling sering, untuk membuka kunci thyristor, dipengaruhi oleh tegangan (arus) atau cahaya (photothyristor).

Bedakan diode thyristor (dynistors) dan triode thyristor control electrode. Yang terakhir dibagi menjadi satu tingkat dan dua tingkat.

Dalam thyristor aksi tunggal, hanya operasi mematikan thyristor yang dilakukan di sirkuit gerbang. Thyristor masuk ke keadaan terbuka dengan tegangan anoda positif dan adanya pulsa kontrol pada elektroda kontrol. Oleh karena itu, ciri pembeda utama thyristor adalah kemungkinan penundaan sewenang-wenang pada saat penembakannya di hadapan tegangan maju di atasnya. Penguncian thyristor operasi tunggal (serta dinistor) dilakukan dengan mengubah polaritas tegangan anoda-katoda.

Thyristor tugas ganda memungkinkan sirkuit kontrol untuk membuka dan mengunci thyristor. Penguncian dilakukan dengan menerapkan pulsa kontrol polaritas terbalik ke elektroda kontrol.

Perlu dicatat bahwa industri memproduksi thyristor aksi tunggal untuk arus ribuan ampere yang diizinkan dan voltase yang diizinkan dari satu unit kilovolt. Thyristor aksi ganda yang ada memiliki arus yang diizinkan secara signifikan lebih rendah daripada aksi tunggal (satuan dan puluhan ampere) dan voltase yang diizinkan lebih rendah. Thyristor semacam itu digunakan dalam peralatan relay dan perangkat konverter daya rendah.

Dalam gambar.2 menunjukkan penunjukan konvensional thyristor, skema struktur semikonduktor dan karakteristik tegangan arus thyristor. Huruf A, K, UE masing-masing menunjukkan output dari elemen kontrol anoda, katoda, dan thyristor.

Parameter utama yang menentukan pilihan thyristor dan operasinya di sirkuit konverter adalah: arus maju yang diijinkan, aditif Ia, A; tegangan maju yang diijinkan dalam keadaan tertutup, Ua max, V, tegangan balik yang diijinkan, Ubmax, V.

Tegangan maju maksimum thyristor, dengan mempertimbangkan kemampuan pengoperasian rangkaian konverter, tidak boleh melebihi tegangan pengoperasian yang disarankan.

Beras. 2 — Simbol thyristor, diagram struktur semikonduktor dan karakteristik tegangan arus thyristor

Parameter penting adalah arus penahan thyristor dalam keadaan terbuka, Isp, A, adalah arus maju minimum, pada nilai yang lebih rendah dari mana thyristor dimatikan; parameter yang diperlukan untuk menghitung beban konverter minimum yang diizinkan.

Jenis perangkat konversi lainnya

Triac (thyristor simetris) mengalirkan arus di kedua arah. Struktur semikonduktor triac berisi lima lapisan semikonduktor dan memiliki konfigurasi yang lebih kompleks daripada thyristor. Menggunakan kombinasi lapisan p dan n, buat struktur semikonduktor di mana, pada polaritas tegangan yang berbeda, kondisi yang sesuai dengan cabang langsung dari karakteristik tegangan arus thyristor terpenuhi.

Transistor bipolarbekerja dalam mode kunci.Tidak seperti thyristor bi-operasional di sirkuit utama transistor, perlu untuk mempertahankan sinyal kontrol di seluruh keadaan konduksi sakelar. Sakelar yang dapat dikontrol sepenuhnya dapat diwujudkan dengan transistor bipolar.

Ph.D. Kolyada L.I.