Вторинні
джерела електроспоживання
1.Напівпровідникові перетворювачі
2.Елементи напівпровідникових перетворювачів
3.Вторинні джерела електроспоживання
1.В даний час з усіх видів енергії найбільш широке
застосування має електрична енергія. У порівнянні з іншими видами енергії
(механічної, хімічної, теплової, ядерної) електрична енергія володіє багатьма
важливими перевагами: її можна передавати на великі відстані, розподіляти без
особливих труднощів, регулювати і перетворювати. Завдяки цим перевагам більша
частина виробленої енергії в процесі передачі різних і численних електроприймачів
перетворюється в електричну.
Відомі різні види одержання і споживання електроенергії.
Переважна частина електричної енергії виробляється обертовими електричними
машинами, генеруючими змінну синусоїдальна напруга з періодом Т тривалістю 20
або 162/3 мксек. Така періодичність струму відповідає промисловій частоті 50 гц
або 60 гц. Струм частотою 50 гц має найбільше застосування в Європі, а частотою
60 гц — в США. Однак змінний струм промислової частоти не єдиний вид
електричного струму.
Електроенергію отримують також від різних джерел
постійного струму (наприклад, хімічних батарей, паливних елементів і
магнітогідродинамічних плазмових генераторів). Ці джерела струму дають постійну
за напрямком і величиною електрорушійну силу (е. д. с.). В даний час питома
вага джерел постійного струму в загальному обсязі застосовуваних джерел дуже
малий, але стрімкий розвиток паливних елементів, а також магнітогідродинамічних
плазмових генераторів (МГД) в майбутньому може змінити це співвідношення.
Якщо в області генерування електроенергії величезна
перевага поки що на боці змінного струму, то відносно її споживання картина
дещо інша: установки постійного струму споживають зараз близько 20-25% всієї
електроенергії.
До основних электроприемникам постійного струму
відносяться електрохімічні пристрої (наприклад, пристрої для виплавки алюмінію,
рафінування міді, виділення хлору і водню, зарядки акумуляторів, створення
покриттів електрохімічним шляхом тощо), а також двигуни постійного струму в
промисловості і на транспорті. Останнім часом постійний струм все ширше
використовується для передачі енергії по лініях електропередавання на великі
відстані при дуже високій напрузі.
У Західній Європі на залізничному транспорті, крім
постійного струму і струму промислової частоти, використовуються струми з
частотою 162/3 і 25 гц. За останній час все більш широке застосування отримує
змінний струм частотою 400 — 1000 гц на різних транспортних засобах. Це
пов’язано з тим, що підвищення частоти дозволяє значно знизити вагу
електромагнітних пристроїв (генераторів, трансформаторів, дроселів, двигунів тощо).
Перелічені чинники зумовлюють необхідність в різного роду
перетворювачах, які перетворюють змінний струм в постійний і навпаки, а також
змінюють частоту струму. Короткий розгляд історії розвитку перетворювачів
струму та частоти дозволить більш повно оцінити місце нових напівпровідникових
перетворювачів серед відомих раніше перетворювачів інших видів. На зорі
розвитку електротехніки в якості перетворювачів струму та частоти
використовувалися переважно двигуни-генератори, в яких необхідний рід струму виходив
з допомогою генератора, що приводиться в обертання двигуном на наявному струмі.
Однак і така, здавалося б, проста схема має суттєві недоліки: по-перше
двигуни-генератори важкі і громіздкі, так як припускають необхідність двох
електричних машин, розраховані кожна на повну потужність перетворювача;
по-друге, к. п. д. подібних двигунів-генераторів низький, та й сам принцип дії
— перетворення електричної енергії в механічну з подальшим зворотним
перетворенням в електричну — не можна вважати раціональним.
Важливим кроком вперед у розвитку перетворювачів стало
створення іонних вентилів (тиратронів, экситронов, игнитронов тощо). Завдяки
цим приладам вперше з’явилася можливість створювати статичні перетворювачі
струму і частоти, які працюють без посередництва механічної енергії. Однак і
іонні прилади не позбавлені недоліків. Хоча вага їх менша ваги
двигунів-генераторів, за розмірами вони все ж порівнянні. Крім того, для іонних
приладів необхідні складний пристрій запалювання та охолодження, а втрати
енергії в електричній дузі значно знижують їх к. п. д.
Поворотним пунктом у розвитку силових перетворювачів
стало створення монокристалічних напівпровідникових випрямних елементів
(германієвих і кремнієвих). Технологія виготовлення напівпровідникових приладів
удосконалювалася дуже швидко, і це призвело до створення випрямних елементів,
що перевершують потужністю в сотні разів перші прилади цього роду. Номінальні
струми і напруги, допустимі для цих напівпровідникових елементів, досягли
сотень ампер і вольт. В даний час створені напівпровідникові перетворювачі
потужністю в сотні й тисячі кіловат. Так, наприклад, потужність сучасних
напівпровідникових випрямлячів для електровозів досягає 4 000-6000 кет, а в
електрохімічній промисловості використовуються напівпровідникові випрямлячі
потужністю навіть 45000 кет (100 000 а, 450 в).
У всьому світі сумарна встановлена потужність
напівпровідникових випрямлячів безперервно зростає. Так, наприклад, в СРСР
об’єм встановленої потужності напівпровідникових перетворювачів за кожен рік
майже подвоюється і, як показують розрахунки економістів і плановиків, у 1970
р. потрібні напівпровідникові перетворювачі сумарною потужністю 20 млн. кет, що
становитиме 80% потужності усіх встановлених перетворювачів струму і частоти.
Проте звичайні напівпровідникові випрямні елементи не
позбавлені відомого недоліку — вони не керовані і тому в пристроях, де
необхідно поєднувати функції перетворення струму з регулюванням, доводиться
встановлювати додаткові регулювальні апарати. Для регулювання невеликих напівпровідникових
перетворювачів (потужністю до 10-15 кет) часто використовуються безконтактні
магнітні елементи (дроселі насичення, магнітні підсилювачі тощо), а в агрегатах
великої і середньої потужності — електромеханічні комутаційні апарати (різного
роду перемикачі, контактори, контролери, комутатори тощо).
Найбільш великим досягненням у розвитку перетворювальної
техніки стало створення керованих напівпровідникових вентилів — тиристорів.
Можна припускати, що поява цього елемента дасть певний стрибок у розвитку всієї
перетворювальної техніки, так як вперше в історії електротехніки з’явиться
можливість створювати електричні перетворювачі струму і регулятори, які не
містять громіздких електромеханічних пристроїв, важких елементів
електромагнітного регулювання та мають при цьому високий к. п. д.
Тиристор можна представити у вигляді некерованого діода з
послідовно увімкненим вимикачем, який дає можливість включати струм в потрібний
момент. Проходження струму через тиристор припиняється, коли величина струму
досягає нуля, тобто для змінного струму — в кінці напівперіоду.
В даний час тиристори все ширше застосовуються не тільки
в різних випрямлячах, інверторах і перетворювачах частоти, але часто і для
безпосереднього регулювання ефективного значення змінного та постійного струму,
тобто використовуються як трансформатори змінного і постійного струму. При
цьому особливо важлива і економічно вигідна можливість імпульсного регулювання
постійного струму; досі це здійснювалося майже виключно за допомогою реостатів,
в результаті чого частина електроенергії губилася, перетворюючись в непотрібний
або навіть шкідливий тепло. Подібні напівпровідникові перетворювачі постійного
струму особливо необхідні в різного роду нестаціонарних транспортних пристроях,
де єдиним джерелом енергії є акумуляторні батареї.
Не менш важливе значення має
можливість заміни електромеханічних комутаційних апаратів напівпровідниковими.
Такого роду заміна особливо важлива в пристроях, що працюють в хімічно
активному середовищі, в середовищі з підвищеною або зниженою температурою або
тиском, а також у місцях, де електричні пристрої піддаються сильним механічним
перевантаженням і вібрації. Крім того, умови їх застосування на багатьох
транспортних засобах (зокрема, на літальних апаратах) вимагають, щоб електричні
перетворювачі і регулятори були по можливості більш компактними і легкими. Ці
вимоги в більшості випадків можна виконати тільки застосуванням
напівпровідникових елементів.
2.Елементи
напівпровідникових перетворювачів
Розглянуті вище властивості і параметри
силових напівпровідникових елементів: високий к. п. д. малі розміри і вага,
швидкодію, а також порівняно високі значення допустимих струмів і напруг —
показують, що в розвитку силових напівпровідникових перетворювачів настає новий
етап. При цьому, мабуть, у найближчі роки некеровані вентилі та тиристори (в
тому числі і сімістори) знайдуть широке застосування в основному в
електротехнічних пристроях середньої потужності, а замикаються, тиристори,
фототиристори і текнетроны — головним чином в малопотужних пристроях і системах
автоматичного регулювання.
3. Джерела електричного живлення
діляться на первинні та вторинні. У цій статті ми роскажемо Вам про
класифікацію вторинних джерел електроживлення. Отже, що ж являють собою
вторинні джерела електроживлення? Це пристрої, які призначаються для здійснення
живлення електричного приладу енергією, при тотожності вимогам параметрів
приладу шляхом конвертації енергії інших джерел живлення. Такі джерела
електроживлення змінюють постійну чи змінну напругу від первинних джерел
електроживлення, в змінній, або постійній напрузі, необхідні для навантажень
даного приладу. Класифікація джерел Вторинні джерела електричного живлення
можна класифікувати таким чином. За функціональними характеристиками:
безперебійні; зі стабілізованою вихідною напругою; з резервною системою. За
умовами застосування: для застосування поза приміщеннями; для розміщення в
опалювальних приміщеннях; для розміщення в неопалюваних приміщеннях; А також по
схемотехнічним рішенням: з імпульсним стабілізатором; з лінійним
стабілізатором. Крім того вторинні джерела електроживлення можна класифікувати
та за такими ознаками: за типом вхідної напруги – на джерела, що функціонують
від мереж постійного струму напруги та, що працюють від мереж змінного струму;
по виду вихідної напруги – стабілізовані таі не стабілізовані джерела
вторинного електроживлення; за типом вихідної напруги – джерела з виходом
змінної напруги (одно- та трифазні), джерела з виходом постійної напруги, а
також комбіновані – з вихідним постійним та змінним струмом; за кількістю
виходів живлять напруг – джерела одноканальні, які мають тільки один вихід, або
багатоканальні, з двома та більше виходами напруги живлення, за значенням
номінального вихідної напруги – низьке 100 В та нижче, середнє – між 100 та
1000 В, або високе – понад 1000 В по потужності вихідний – мікропотужні джерела
з вихідною потужністю менше 1 Вт, малі між 1 та до 10 Вт, середні між 10 та до
100 Вт, підвищеної потужності – між 100 та 1000 Вт, а також великої потужності
– понад 1000 Вт Існує ряд нижченаведених вимог, що пред'являються до вторинних
джерел електричного живлення: високий рівень ККД; наявність захисту від
перевантаження; достатні динамічні параметри; адаптованість з мережевою і
апаратною частиною, що допускається рівень радіоперешкод; високоякісне вихідна
напруга; прийнятні масогабаритні дані при мінімальній вартості. Одним словом
класифікувати вторинні джерела електроживлення можна різними способами та
методами. Головне, щоб вони могли виконувати свої основні функції: ізоляцію
живлячих ланцюгів один від одного та від первинного джерела, стабільність
вторинного живлення за умови зміни первинного електроживлення, ефективне
придушення пульсацій у вторинних колах постійної напруги або необхідну форму
напруги змінного електроструму.
Немає коментарів:
Дописати коментар