전력 시스템의 변환기 장치
전기 에너지는 발전소에서 생성되며 주로 공급 주파수가 있는 교류 형태로 분배됩니다. 그래도 많은 수 전기 소비자 산업계에서는 전원 공급 장치로 다른 유형의 전기가 필요합니다.
가장 자주 요구되는 사항:
- DC (전기화학 및 전기분해 수조, 직류 전기 드라이브, 전기 운송 및 리프팅 장치, 전기 용접 장치);
이와 관련하여 교류를 직류(정류)로 변환하거나 한 주파수의 교류를 다른 주파수의 교류로 변환할 때 필요하게 됩니다. 전력 전송 시스템의 사이리스터 DC 드라이브에서는 소비 지점에서 직류를 교류로 변환(전류 반전)해야 합니다.
이러한 예는 전기 에너지를 한 유형에서 다른 유형으로 변환해야 하는 모든 경우를 포함하지는 않습니다.생산된 모든 전기의 3분의 1 이상이 다른 에너지로 변환되기 때문에 기술의 진보는 변환 장치(변환 장비)의 성공적인 개발과 크게 관련이 있습니다.
기술전환기기의 구분
변환 장치의 주요 유형
국가의 에너지 균형에서 변환 기술 장치의 비율은 중요한 위치를 차지합니다. 다른 유형의 변환기에 비해 반도체 변환기의 장점은 부인할 수 없습니다. 주요 이점은 다음과 같습니다.
— 반도체 컨버터는 높은 규제 및 에너지 특성을 가지고 있습니다.
- 크기와 무게가 작습니다.
- 간단하고 신뢰할 수 있는 작동;
- 전원 공급 장치 회로에서 비접촉식 전류 스위칭을 제공합니다.
이러한 장점 덕분에 반도체 변환기는 비철 야금, 화학 산업, 철도 및 도시 운송, 철 야금, 기계 공학, 에너지 및 기타 산업 분야에서 널리 사용됩니다.
변환 장치의 주요 유형에 대한 정의를 제공합니다.
정류기 AC 전압을 DC 전압으로 변환(U ~ → U =)하는 장치입니다.
인버터는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 장치를 말합니다(U = → U ~).
주파수 변환기는 한 주파수의 교류 전압을 다른 주파수의 교류 전압으로 변환하는 역할을 합니다(Uf1→Uf2).
AC 전압 변환기(조절기)는 부하에 공급되는 전압을 변경(조절)하도록 설계되었습니다. 한 수량의 AC 전압을 다른 수량의 AC 전압으로 변환합니다(U1 ~ → U2 ~).
가장 널리 사용되는 기술 변환 장치 유형은 다음과 같습니다. 직류의 크기, 변환기 위상 수, 전압 곡선의 모양 등을 변환(조절)하도록 설계된 변환 장치가 많이 있습니다.
요소 기반 변환 장치의 간략한 특성
다양한 목적을 위해 설계된 모든 변환 장치는 전기 밸브의 주기적인 켜기 및 끄기를 기반으로 하는 공통 작동 원리를 가지고 있습니다. 현재 반도체 소자는 전기 밸브로 사용되고 있다. 가장 널리 사용되는 다이오드, 사이리스터, 트라이액 및 전력 트랜지스터키 모드에서 작동합니다.
1. 다이오드 한쪽 전도성이 있는 전기 회로의 2전극 요소를 나타냅니다. 다이오드의 컨덕턴스는 인가 전압의 극성에 따라 달라집니다. 일반적으로 다이오드는 저전력 다이오드(허용 평균 전류 Ia ≤ 1A), 중전력 다이오드(Ia = 1 — 10A 추가) 및 고전력 다이오드(Ia ≥ 10A 추가)로 나뉩니다. 목적에 따라 다이오드는 저주파(fadd ≤ 500Hz)와 고주파(fdop> 500Hz)로 나뉩니다.
정류기 다이오드의 주요 매개변수는 가장 높은 평균 정류 전류 Ia 추가, A 및 가장 높은 역전압 Ubmax, B이며, 이는 작동을 방해할 위험 없이 오랫동안 다이오드에 적용할 수 있습니다.
중간 및 고전력 변환기에서 강력한 (눈사태) 다이오드를 적용하십시오. 이 다이오드는 고전류 및 고역 전압에서 작동하므로 p-n 접합에서 상당한 전력 방출을 초래하는 몇 가지 특정 특성이 있습니다.따라서 효과적인 냉각 방법이 여기에 제공되어야 합니다.
전력 다이오드의 또 다른 기능은 갑작스러운 부하 강하, 스위칭 및 비상 모드.
과전압으로부터 전원 다이오드를 보호하는 것은 가능한 전기적 고장 p-n의 전달, 즉 표면적에서 벌크로의 전환으로 구성됩니다. 이 경우 고장에는 눈사태 특성이 있으며 다이오드를 눈사태라고합니다. 이러한 다이오드는 국부적으로 과열되지 않고 충분히 큰 역전류를 통과시킬 수 있습니다.
컨버터 장치의 회로를 개발할 때 단일 다이오드의 최대 허용 값을 초과하는 정류 전류를 얻을 필요가 있습니다. 이 경우 동일한 유형의 다이오드를 병렬 연결하여 그룹에 포함된 장치의 정전류를 균등화하는 조치를 채택합니다. 총 허용 역전압을 높이기 위해 다이오드의 직렬 연결이 사용됩니다. 동시에 역전압의 불균일한 분배를 배제하기 위한 조치가 제공됩니다.
반도체 다이오드의 주요 특성은 전류-전압(VAC) 특성입니다. 반도체 구조와 다이오드 기호는 그림 1에 나와 있습니다. 1, 가, 나. 다이오드의 전류-전압 특성의 역 분기는 그림 1에 나와 있습니다. 1, c (애벌랜치 다이오드의 곡선 1 - I - V 특성, 기존 다이오드의 곡선 2 - I - V 특성).
쌀. 1 — 다이오드 전류-전압 특성의 기호 및 역분기.
사이리스터 낮은 전도율(사이리스터 닫힘)과 높은 전도율(사이리스터 열림)의 두 가지 안정 상태를 가진 4층 반도체 장치입니다. 한 안정 상태에서 다른 안정 상태로의 전환은 외부 요인의 작용으로 인한 것입니다. 대부분의 경우 사이리스터를 잠금 해제하려면 전압(전류) 또는 빛(광사이리스터)의 영향을 받습니다.
다이오드 사이리스터(dynistors)와 삼극관 사이리스터 제어 전극을 구별합니다. 후자는 단일 수준과 2 수준으로 나뉩니다.
단동 사이리스터에서는 사이리스터 끄기 동작만 게이트 회로에서 수행됩니다. 사이리스터는 양의 애노드 전압과 제어 전극에 제어 펄스가 있으면 개방 상태가 됩니다. 따라서 사이리스터의 주요 특징은 순방향 전압이 있는 상태에서 발사 시 임의의 지연 가능성입니다. 단일 작동 사이리스터(및 디니스터)의 잠금은 양극-음극 전압의 극성을 변경하여 수행됩니다.
이중 듀티 사이리스터를 사용하면 제어 회로가 사이리스터를 잠금 해제하고 잠글 수 있습니다. 잠금은 제어 전극에 역 극성의 제어 펄스를 적용하여 수행됩니다.
업계에서는 수천 암페어의 허용 전류와 킬로볼트 단위의 허용 전압에 대해 단일 동작 사이리스터를 생산한다는 점에 유의해야 합니다. 기존의 복동 사이리스터는 단동 사이리스터에 비해 허용 전류(단위 및 수십 암페어)가 현저히 낮고 허용 전압도 낮습니다. 이러한 사이리스터는 릴레이 장비 및 저전력 변환기 장치에 사용됩니다.
무화과에서.도 2는 사이리스터의 통상적인 명칭, 반도체 구조의 개략도 및 사이리스터의 전류-전압 특성을 나타낸다. 문자 A, K, UE는 각각 양극, 음극 및 사이리스터 제어 요소의 출력을 나타냅니다.
사이리스터의 선택과 변환기 회로에서의 작동을 결정하는 주요 매개변수는 다음과 같습니다. 허용 순방향 전류, Ia 첨가제, A; 닫힌 상태에서 허용 가능한 순방향 전압, Ua max, V, 허용 가능한 역방향 전압, Ubmax, V.
변환기 회로의 작동 능력을 고려한 사이리스터의 최대 순방향 전압은 권장 작동 전압을 초과해서는 안됩니다.
쌀. 2 — 사이리스터 기호, 반도체 구조도 및 사이리스터 전류-전압 특성
중요한 매개 변수는 개방 상태에서 사이리스터의 유지 전류입니다. Isp, A는 사이리스터가 꺼지는 낮은 값에서 최소 순방향 전류입니다. 변환기의 최소 허용 부하를 계산하는 데 필요한 매개변수입니다.
다른 유형의 변환 장치
트라이액(대칭 사이리스터)은 양방향으로 전류를 전도합니다. 트라이악의 반도체 구조는 5개의 반도체 층을 포함하며 사이리스터보다 구성이 더 복잡합니다. p-층과 n-층의 조합을 사용하여 서로 다른 전압 극성에서 사이리스터의 전류-전압 특성의 직접 분기에 해당하는 조건이 충족되는 반도체 구조를 만듭니다.
바이폴라 트랜지스터키 모드에서 작동합니다.트랜지스터의 주 회로에 있는 이중 작동 사이리스터와 달리 스위치의 전체 전도 상태에 걸쳐 제어 신호를 유지해야 합니다. 완벽하게 제어 가능한 스위치는 바이폴라 트랜지스터로 실현될 수 있습니다.
박사 Kolyada L.I.