Классификация устройств энергетической электроники

Энергетическая (силовая) электроника — техника, управляющая большими потоками электроэнергии с использованием мощных электронных приборов (вентилей).

Первыми электронными приборами были ртутные вентили (начало—сере­дина XX века), в 1948 г. изобретен транзистор и в 1956 г. создан мощный уп­равляемый полупроводниковый прибор — тиристор. Полупроводниковые ди­оды, тиристоры и симисторы резко расширили сферу применения электронных устройств. С началом 80-х годов связано освоение полностью управляемых полупроводниковых приборов — мощных биполярных и поле­вых транзисторов, запираемых тиристоров и биполярных транзисторов с изолированным затвором. Одновременно были разработаны устройства энер­гетической электроники и на их основе — электроснабжение. Эффективное решение проблемы энергосбережения, с учетом мощных потоков энергии, должно опираться: 1) на разработку устройств энергетической электроники, снижающих потери и повышающих качество электроэнергии в самом элект­роснабжении; 2) на осуществление электроснабжения, повышающего энерго­эффективность технологических процессов.

К устройствам предъявляют следующие требования: компенсация реактив­ной мощности, снижение гармонического воздействия на питающую сеть и нагрузку, симметричность режима работы, улучшение динамики пуска и ос­танова агрегатов, уменьшение фактора регулирования на энергетические по­казатели системы электроснабжения.

Классификация устройств энергетической электроники по признаку пре­образования частоты (рис. 6.1).

1. Устройства без преобразования частоты. Контакторы и регуляторы пере­менного и постоянного напряжения, выполняющие коммутирующие и регу­лирующие функции в качестве самостоятельных или в составе более сложных устройств (пример — статические компенсаторы реактивной мощности пря­мой и косвенной компенсации). Работа контакторов и регуляторов осуществ­ляется без преобразования (с нулевой кратностью преобразования) частоты питающего напряжения.

2) Устройства с однократным преобразованием частоты. Выпрямление с помощью выпрямителей (В), обратным преобразованием (инвертированием) с помощью зависимых (ЗИ) и автономных (АИ) инверторов, однократное преобразование переменного тока одной частоты в энергию переменного то-

222 Глава 6. Энергосберегающая энергетическая электроника

Устройства энергетической электроники (силовой преобразовательной техники)

С нулевой кратностью преобразо­вания частоты

С однократ­ным преоб­разованием частоты

С двукрат­ным преоб­разованием частоты

С многократ­ным преоб­разованием частоты

в
	//	1 = 0	;аторы
зи		Компен(

fi>0 X

н о, У ю 2 о ^г v о, С

/п = 0

АИ

т /, ^>0

/7=/|

I ⁵ j в о 1 «О С, о! и ' а с

«С о я s в X

D.JS 2 О

/, >0 X

я S s «а с 3 Ю

f, = 0 f,>0

к

IX I

к

X

а

X X

// = 0 /j >0 f,=0 f,=0

3 ч I! - к

I

а о. «S о и о< го X

X I III III

АИ

зи

X I"i_X^I

f,>0

f₂>0

Л=/, /,=/7

// >0

К о Я о п н m га о fr а. ь Ч о <Ч Я о ^v с

нпч

x о

о

"Г

f₂=f,

KPM

■//77 = 0

АИ

Gt;0

I

Л	=0
и>
	§
CQ	X
s S
<L>	с
•е-	S
m	я
о	т
)нерг	сточ

О

Рис. 6.1. Классификация устройств энергетической электроники

ка другой частоты с помощью непосредственных преобразователей частоты (НПЧ).

3) Устройства с двукратным преобразованием энергии и частоты. Типич­ный представитель — преобразователь частоты со звеном постоянного тока (ПЧ), где энергия переменного тока с помощью В сначала преобразуется в энергию постоянного тока, а затем с помощью АИ инвертируется в энергию

6.2. Устройства без преобразования частоты

переменного тока другой (при необходимости регулируемой) частоты. Дву­кратное преобразование энергии при равенстве входной и выходной частот осуществляют реверсивные преобразователи, а при отсутствии активной мощ­ности, потребляемой на промежуточной нулевой частоте, — статические ком­пенсаторы реактивной мощности.

4) Устройства с многократным преобразованием энергии и частоты, при­меняемые при создании экономичных источников питания с улучшенными массогабаритными показателями для электротехнологических установок.

6.2. Устройства без преобразования частоты

Электронные контакторы (К) и регуляторы (Р) имеют большую перспек­тиву промышленного применения при обеспечении экономичности, надеж­ности, бесперебойности и быстродействия систем электроснабжения.

Контактор — устройство, первой функцией которого является коммутация (включение или отключение) и второй — управление переходными процесса­ми, возникающими при коммутациях, в целях их оптимизации. Регулятор — устройство, позволяющее дискретно или плавно регулировать напряжение, а следовательно, мощность.

К числу преимуществ электронных контактов и- регуляторов следует отне­сти: отсутствие дугообразования на контактах и дугогасящих устройствах, вы­сокое быстродействие и хорошую управляемость, повышенный срок службы и надежность, практически неограниченное число включений и отключений, хорошую избирательность в защитах, возможность работы при высоких час­тотах, в сложных климатических условиях, агрессивных и взрывоопасных средах, хорошие массогабаритные показатели, малую мощность управления, простоту и технологичность конструкции, возможность унификации в сетях различного напряжения путем замены только класса вентилей. Контакторы и регуляторы переменного напряжения применяют в качестве бесконтактной коммутирующей и регулирующей аппаратуры в сетях до 1 кВ (разрабатыва­ются устройства и для 10 и 35 кВ). Замена, где это возможно, масляных вы­ключателей с полным временем отключения 0,2 с на бесконтактные элек­тронные выключатели со временем отключения 0,01 с снимает проблему термической и облегчает условия электродинамической стойкости (один удар) и резко уменьшает время АВР, что важно для ряда технологических процессов. Контакторы и регуляторы переменного напряжения применяют для регулирования напряжения силовых и преобразовательных трансформа­торов под нагрузкой, для мягкого пуска, останова и регулирования по задан­ному закону мощности электротехнологических установок и электроприво­дов, для изменения порядка следования фаз при реверсировании и электродинамическом торможении электрических машин, а также в различ­ных устройствах компенсации реактивной мощности и повышения качества электрической энергии.

Глава 6. Энергосберегающая энергетическая электроника

Контакторы и регуляторы постоянного напряжения применяют в устрой­ствах электропитания различных объектов, в частности, в устройствах регули­рования электроприводов (например, тяговых, для регулирования напряже­ния автономных инверторов).

Дата добавления: 2015-07-17