 |
Преобразование электроэнергии и классификация
|
|
|
|
преобразователей
Во всех странах мира, в том числе и в России, для выработки и передачи электроэнергии используется преимущественно переменный ток с частотой f = 50 Гц (за исключением США и некоторых других стран, где за основную принята частота f = 60 Гц).
Это объясняется двумя причинами:
1) источник электрической энергии переменного тока – синхронный генератор прост как по конструкции, так и с точки зрения эксплуатации;
2) электрическую энергию переменного тока достаточно просто трансформировать, то есть преобразовывать с одной ступени напряжения в другую.
Электрическую энергию переменного тока высокого напряжения возможно экономично передавать на очень большие расстояния.
Однако, ряд приемников электрической энергии требует постоянного тока. Для одних приемников это единственно технически приемлемый род тока, для других он обеспечивает ряд важных технико-экономических преимуществ. В настоящее время свыше 40 % всей вырабатываемой электрической энергии переменного тока преобразовывается в постоянный ток.
В ряде случаев электрическая энергия используется в виде переменного тока повышенной частоты или токов специальной формы (например, импульсной и др.).
Разнообразие в видах вырабатываемой и потребляемой электрической энергии вызывает необходимость ее преобразования.
Основными видами преобразования электроэнергии являются:
1) выпрямление – преобразование переменного тока в постоянный;
2) инвертирование – преобразование постоянного тока в переменный;
3) преобразование частоты – преобразование переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты.
Аппараты и устройства, предназначенные для преобразования электрической энергии, называются преобразователями.
|
|
|
Преобразование электроэнергии может производиться различными способами.
Традиционным для электротехники является преобразование посредством электромашинных агрегатов, состоящих из двигателя и генератора, объединенных общим валом (система Г-Д). Недостатки этого способа – наличие подвижных частей, инерционность и т.д.
В настоящее время огромное значение уделяется разработке способов статического преобразования электроэнергии.
Основными элементами силовой электроники, ставшими базой для создания статических преобразователей, явились полупроводниковые приборы, подразделяемые на управляемые и неуправляемые.
Полупроводниковые преобразователи по сравнению с электромашинными имеют ряд достоинств:
– малые габариты и масса;
– обеспечение бесконтактной коммутации токов в силовых цепях;
– высокие регулировочные характеристики и энергетические показатели;
– возможность использования в автоматизированных системах;
– бесшумность в работе, отсутствие вибрации и так далее.
Благодаря указанным преимуществам статические преобразователи получают все более широкое применение в различных отраслях народного хозяйства, в том числе и на железнодорожном транспорте.
В зависимости от режима работы статических полупроводниковых преобразователей, их можно подразделить следующим образом (рис. 1).
В соответствии со своим назначением и требуемым законом регулирования преобразователь может иметь различные регулировочные характеристики. Под «регулированием» в этом смысле понимается любое изменение электрической мощности, передаваемой из входной (питающей) сети в выходную (приемную) сеть, или любое наперед заданное изменение напряжения U, тока I или частоты f в выходной сети.
Однако не все виды преобразования выходных параметров (U, I, f) или мощности могут быть реализованы с помощью простейших схем преобразователей. Часто для этого необходима комбинация различных преобразовательных схем. Поэтому различают простые преобразователи, основанные на использовании какой-либо одной из основных преобразовательных схем, и комбинированные, основанные на использовании нескольких преобразовательных схем. На рис. 2 представлена классификация простых преобразователей.
|
|
|
а б в г д
Рис. 1. Подразделение преобразователей в зависимости от режима работы:
а – выпрямитель (В); б – инвертор (И); в – преобразователь
частоты (ПЧ); г – регулятор постоянного напряжения (Р1);
д – регулятор переменного напряжения (Р2)
Рис. 2. Классификация простых преобразователей: 1, 3 – выпрямители;
2, 4 – инверторы; 5, 6, 7 – регуляторы постоянного
и переменного напряжений
Разработка новых полупроводниковых во многом определяется успехами в развитии силовых полупроводниковых приборов (диодов, тиристоров, силовых транзисторов). Указанные приборы при незначительных внутренних потерях могут управлять большими мощностями, подводимыми к нагрузке, что открывает широкие перспективы для их использования в различных областях техники, где требуется высокоэффективное регулирование режимов работы потребителя.
|
|
|
