58. Классификация полупроводниковых преобразователей

Преобразовательная техника (энергетическая электроника) – дисциплина, изучающая принципы действия и особенности преобразователей электрической энергии (преобразовательных устройств), применяемых в электроприводе, электрической тяге, электротермии, электротехнологии, электроэнергетике и т.д.

Преобразовательное устройство предназначено для управления потоком электрической энергии (видом, количеством, качеством), подводимой из сети, с целью регулирования режимов работы различных электротехнических устройств.

Управление - это регулирование по требуемому закону одной или нескольких координат (напряжение, ток, ЭДС).

Различают два способа управления:

- параметрический – это способ управления посредством изменения параметров цепей (активных и реактивных сопротивлений и т.п.). Характеризуется, как правило, низким КПД и дискретностью;

- энергетический – это способ управления посредством регулирование количества и качества подводимой электрической энергии.

В любом полупроводниковом преобразователе (ПП), как правило, можно выделить две части (рис. 1):

- силовую часть, в которой осуществляются все основные энергетические преобразования и передача энергии от первичного источника к потребителю;

- систему управления, в которой формируются сигналы управления работой силовых регулирующих элементов.

Структурная схема ПП

59. Принципы работы полупроводниковых преобразователей

Автономный инвертор (АИ) – это устройство, предназначенное для преобразования энергии постоянного тока в энергию переменного, регулируемую по амплитуде, частоте, а возможно и фазе, при постоянном напряжении источника.

Принцип преобразования заключается в периодической смене полярности на нагрузке (периодическом подключении нагрузки к разнополярным источникам питания). При этом в статическом режиме длительности подключения к отрицательной и положительной шинам должны быть равны. Период первой гармонической составляющей на выходе преобразователя задается периодом переключения полярности. Варианты формирования выходного напряжения АИ приведены на рис. 5.

Варианты формирования выходного напряжения АИ

Рис. 5. а – прямоугольной формы с длительностью на 180 электронных градусов; б - с длительностью импульса 120 эл. градусов, длительность паузы – 60 эл. градусов; в - прямоугольной формы с использованием ШИР;

г - с использованием ШИМ

Достоинством второго варианта является то, что в выходном напряжении отсутствуют гармоники кратные трем.

Широтно-имульсное регулирование (ШИР) применяется для регулирования амплитуды выходного напряжения (рис. 5, в). При этом амплитуда первой гармонической составляющей выходного напряжения будет пропорциональна длительности импульса ШИР.

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) используется для приближения выходного напряжения к синусоидальному (рис. 5, г).

При необходимости формирования многофазной системы выходного напряжения используют инверторы соответствующей фазности. Простейший многофазный инвертор - это сумма однофазных инверторов, работающих при едином управлении, обеспечивающем требуемый сдвиг фаз многофазной системы.

Выпрямитель - это электротехническое устройство, предназначенное для преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока. Выпрямители делятся на неуправляемые, которые осуществляют только преобразование знака напряжения, и управляемые, которые преобразуют не только знак, но и уровень напряжения. Выходное напряжение однофазного неуправляемого выпрямителя имеет вид, приведенный на рис.6, а.