1. Статические преобразователи
Термин статический преобразователь появился в техниче-ской литературе вместе с электронными ключами, которые позво-лили преобразовывать один вид электрической энергии в другой без электромашинных (вращающихся) преобразователей.
ЦЕЛИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ
Подавляющий объём электрической энергии в мире выраба-тывается трёхфазными электромашинными генераторами3 элек-тростанций (ТЭЦ, ГЭС, АЭС и др.) и поставляется потребителям по электрическим сетям со стандартными уровнями напряжения и частоты. Для эффективного применения всё большая её часть перед использованием подвергается преобразованию. В развитых странах преобразуется уже более половины вырабатываемой электроэнергии, которая потребляется, например:
в виде энергии постоянного тока (тяговый электропривод на электротранспорте, электролизные ванны в электрохимии, многочисленные преобразователи регулируемых электропри-водов постоянного тока в различных видах технологического оборудования);
в виде энергии переменного тока нестандартной или регулируемой частоты и амплитуды (преобразователи в электроприводах переменного тока, преобразователи для индукционного нагрева, многоканальные и малогабаритные источники электропитания, регулирующие устройства в сварочном оборудовании, в линиях освещения и т.д.).
Возможны и другие применения преобразователей. Сегодня это наиболее стремительно развивающееся направление, обеспечива-ющее технический прогресс. За счёт преобразования электричес-кой энергии удаётся уменьшать энергозатраты и снижать себестоимость готовой продукции. Развитые страны уже много лет наращивают объём своего валового национального продукта без увеличения потребления электроэнергии, т.е. только за счёт энергосберегающих технологий, в которых преобразовательные устройства играют наиболее важную роль.
1.2. ФУНКЦИИ, ВЫПОЛНЯЕМЫЕ СТАТИЧЕСКИМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЯМИ.
Принцип действия статического преобразователя основан на периодическом включении и выключении электронных ключей, составляющих его основу. Алгоритм переключения зависит как от схемного решения и типов используемых ключей, так и от управляющих сигналов, обеспечивающих желаемую периодич-ность, а, следовательно, форму, амплитуду и частоту выходного напряжения.
Ключевой режим обеспечивает минимум электрических по-терь. В совремённых полупроводниковых ключах эти потери со-ставляют уже доли процента от коммутируемой мощности и лишь незначительно уступают коммутационной аппаратуре (кон-такторам, реле), намного превосходя их по быстродействию и износостойкости.
В преобразователях используются различные принципы запи-рания электронного ключа. При переменном и многофазном входном напряжении это может достигаться, например, просто за счёт включения вентиля очередной фазы. Образующаяся в мо-мент включения разность э.д.с. фаз обеспечивает быстрый пере-ход тока с открытого вентиля на следующий вновь открываю-щийся, т.е. их коммутацию. Такую коммутацию называют ес-тественной, а преобразователи – ведомыми сетью.
Если в качестве коммутирующего (запирающего) напряжения используется вспомогательный источник в силовой цепи, то та-кую коммутацию называют принудительной или искусствен-ной. С появлением полностью управляемых (запираемых) элек-тронных ключей принудительная коммутация стала реализовы-ваться за счёт сигналов управления, без дополнительных источ-ников в силовой цепи.
Сегодня можно назвать много различных функций, выполня-емых при преобразовании электрической энергии. Приведём некоторые из наиболее широко используемых.
Выпрямителями называют преобразователи переменного напряжения U в постоянное U=.
Инверторами называют преобразователи постоянного напряже-ния U= в переменное U .
Преобразователи частоты – это преобразователи переменного напряжения одной частоты f1 в переменное напряжение другой f2.
Регуляторы постоянного напряжения – это преобразователи постоянного напряжения одной величины U1 в постоянное напряжение другой величины U2.
Регуляторы переменного напряжения – это преобразователи, переменного напряжения одного действующего значения U1 в переменное напряжение другого U2.
Преобразователи числа фаз – это преобразователи переменного напряжения на входе с числом фаз m1 (например, однофазной сети) в переменное напряжение с числом фаз m2 на выходе.
Приведённый перечень можно считать достаточно условным. Конкретные схемы преобразователей (как будет показано далее) выполняют часто несколько из приведённых функций.