Развитие силовой электроники
Силовая электроника — это область электроники, которая связана с коммутацией или преобразованием электрической энергии.
Развитие силовой электроники началось с открытия Эдисоном термоэлектронной эмиссии. Условно, всю историю развития силовой электроники можно разделить на три этапа:
- 1901-1958 — использование электронных вентилей различных видов.
- 1958-1985 — использование силовых биполярных транзисторов и тиристоров.
- 1985 — применение запираемых тиристоров, обладающих большой мощностью, повышенным быстродействием; тиристоров типов MOSFET и IGBT; тиристоры типа МСТ.
Первый этап развития силовой электроники начался с открытия эффекта выпрямления при помощи электрической дуги Миткевичем. Первый выпрямитель большой мощности был разработан американским ученым Купер-Хьюиттом в 1901 году. Электронные вентили стали основой для успешного развития для создания выпрямителей. В 20-е годы 19 века начались работы по развитию теории газового разряда в ртутных вентилях. Ощутимый вклад в развитие данной теории внесли русские ученые Каганов и Вологдин, который в 1921 году разработал первые вентили с ртутным катодом. Активное внедрение электронных устройств было связано с искажением форм напряжения и тока, что является причиной возникновение неактивных мощностей, а это в свою очередь приводило к потерям мощности и нарушению работоспособности разнообразных технических средств. Решению этих проблем была посвящена деятельность Бутаева, Эттингера и Маевского.
Второй этап развития силовой электроники начался с изобретения американскими учеными Бардином Браттейном точечного транзистора в 1948 году и плоскостного транзистора Шокли в 1951 году. Данные разработки послужили основой для создания кремниевого тиристора с тремя внешними выводами и четырехслойной структурой (p-n-n-pn) в 1955 году. В Советском Союзе, вне зависимости от зарубежных открытий и изобретений, в 1965 году был создан кремниевый тиристор марки ВКДУ-150, этому способствовали исследования Тучкевича и Челновокова. Основной схемой тиристоров являлся преобразователь электрического тока, который был изготовлен по трехфазной мостовой схеме, предложенной Ларионовым.
Третий этап развития силовой электроники характеризуется качественным скачком и массовым внедрением устройств силовой электроники. Создание современных устройств осуществлялось в двух направлениях: улучшение характеристик запираемых тиристоров и развитие полевых транзисторов.
Назначение, классификация, применение и состав преобразовательной техники
Преобразовательная техника — это совокупность аппаратов и устройств, в цепи которых происходит преобразование электрического тока в другой вид энергии или преобразование переменного тока в постоянный.
В основном преобразовательная техника используется в качестве источника питания различных устройств. В современном электрическом приводе отлично сочетаются вентильный преобразователь, устройство управления и электрическая машина. Преобразовательную технику можно классифицировать по двум основным критериям:
- По связи с сетью.
- По назначению.
По связи с сетью различают автономные и ведомые устройства. В ведомых сетью преобразовательных устройствах все процессы протекают синхронно с частотой сети. Автономные устройства либо не зависят от сети, либо происходящие в них процессы не зависят от частоты сети.
По назначению преобразовательные устройства делятся на генераторы импульсов, выпрямители, преобразователи постоянного напряжения, преобразователи частоты, инверторы, преобразователи переменного напряжения, преобразователи количества фаз, активные фильтры и компенсаторы. Генераторы импульсов способные формировать импульсы произвольной частоты и формы. Преобразователи переменного или постоянного тока могут изменять величину напряжения. При помощи инверторов постоянный ток превращают в переменный, а выпрямители наоборот, превращают переменный ток в постоянный. Функция преобразователей частоты заключается в превращении переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты. Активные фильтры и компенсаторы увеличивают качество напряжения.
Все устройства, относящиеся к преобразовательной технике, состоят из систем управления и силовой части. Примерная их схема показана на рисунке ниже.
Рисунок 1. Условная схема преобразовательной техники. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
СУ — система управления; СЧ — силовая часть.
Основными составляющими силовой части являются конденсаторы, реакторы, вентили и трансформаторы. Система управления у преобразовательного устройства может быть трех видов — цифровой, аналоговой или комбинированной.
Преобразовательная техника это основа современного электропривода. Полупроводниковые преобразователи широко используются в транспорте, на электростанциях, а также в электротехнических установках. Преобразовательная техника является основой бытовой электроники (источники питания радиоаппаратуры, телевизоров, компьютеров и т.п.).
