Свойства и назначение полупроводниковых преобразователей
Силовой полупроводниковый преобразователь — это электротехническое устройство, которое предназначено для преобразования электрической энергии одного вида в электрическую энергию другого вида.
Использующиеся в промышленности силовые полупроводниковые преобразователи должны обладать следующими свойствами:
- Высокой степенью защиты от помех.
- Небольшими габаритами и массой.
- Отсутствием воздействия на сеть.
- Двусторонней проводимостью энергии между источниками питания и исполнительным органом, который представляет собой нагрузку преобразователя, с целью обеспечения его функционирования во всех квадрантах.
- Малой инерционностью.
- Высоким коэффициентом полезного действия.
- Жесткой внешней характеристикой.
- Необходимой перегрузочной способностью.
Силовые полупроводниковые преобразователи являются статическими, бесконтактными и обладают высокой эффективностью. Статический характер силовых полупроводниковых преобразователей обусловлен тем, что преобразование электроэнергии происходит в полупроводниковой структуре без механического движения, поэтому в них нет износа деталей из-за трения. В таких преобразователях осуществляется движение только электрозарядов и их носителей, которое подчиняется законам электродинамики. Бесконтактный характер преобразователей данного вида определен тем, что отключение и включение электрического тока осуществляется без видимого прерывания цепи, без износа материала коммутирующего процесса и при отсутствии электрической дуги. Высокая эффективность силовых полупроводниковых преобразователей обусловлена вольтамперными характеристиками, приближающиеся к идеальным характеристиками коммутационной аппаратуры, в которой отсутствуют потери. Им свойственны малое падения напряжения в прямом проводящем направлении, а также высоким электрическим сопротивлением в в закрытом состоянии и обратном направлении. Таким образом преобразование электрической энергии осуществляется с минимальными потерями. Например, при преобразовании электрической энергии переменного тока в энергии постоянного тока, экономия энергии может достигать 40 % в сравнении с традиционными устройствами. Высокая эффективность силовых полупроводниковых приборов также является причиной их высокой надежности, быстродействия и качества регулирования, что способствует увеличению производительности оборудования на 30 — 50 %.
Основное назначение силовых полупроводниковых преобразователей заключается в регулировании скорости исполнительного двигателя электрического привода. В электроприводах постоянного тока это достигается за счет регулировки напряжения на выходе преобразователя. В электрических приводах переменного тока регулировка частоты и напряжения на выходе преобразователя осуществляется по определенному закону.
Виды силовых полупроводниковых преобразователей
К силовым полупроводниковым преобразователям, широко использующимся в разнообразных технологических процессах относятся:
- Непосредственные преобразователи частоты, которые связывают источник переменного тока с двигателем переменного тока.
- Широтно-импульсные преобразователи, которые связывают источник постоянного тока с двигателем постоянного тока.
- Автономные инверторы, которые связывают источник постоянного тока с двигателем переменного тока.
- Управляемые выпрямители, которые связывают источник переменного тока с двигателем постоянного тока.
Частым случаем управляемого выпрямителя является неуправляемый выпрямитель, использующийся во вторичных источниках питания
Функциональная схема базовых силовых преобразователей изображена на рисунке ниже.
Рисунок 1. Функциональная схема базовых силовых преобразователей. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
ШИП — широтно-импульсный преобразователь; А — автономный инвертор; УВ — управляемый выпрямитель; НПЧ — непосредственный преобразователь частоты.
Принцип работы базовых силовых полупроводниковых преобразователей изображен на рисунке ниже.
Рисунок 2. Принцип работы базовых силовых полупроводниковых преобразователей. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В системах постоянного тока исполнительным двигателем является двигатель постоянного тока. В случае питания от источника постоянного тока (солнечная батарея, аккумулятор, генератор постоянного тока), как силовой полупроводниковый преобразователь может использоваться широтно-импульсный преобразователь, а если источником питания является сеть переменного тока, то может использоваться управляемый выпрямитель или широтно-импульсный преобразователь в сочетании со вторичными источниками питания.
В системах переменного тока исполнительным двигателем является машина переменного тока. В данном случае, при питании от источника постоянного тока используется автономный инвертор, при питании от источника переменного тока непосредственный преобразователь частоты, либо сочетания управляемого выпрямителя с вторичным источником питания или автономного инвертора с вторичным источником питания.
