Види перетворення електричної енергії

03.08.2015

Види перетворення електричної енергії

Електрична енергія виробляється на електричних станціях і передається споживачам головним чином у вигляді змінного трифазного струму промислової частоти 50 Гц. Однак як у промисловості так і на транспорті є установки, для живлення яких змінний струм частотою 50 Гц непридатний.

Питаннями, пов’язаними з перетворенням електричної енергії з одного виду в інший, займається галузь науки і техніки, що отримала назву перетворювальної техніки (або енергетичної електроніки). До числа основних видів перетворення електричної енергії відносяться:

    1. Випрямлення змінного струму — перетворення змінного струму (зазвичай промислової частоти) в постійний струм. Цей вид перетворення отримав найбільший розвиток, так як частина споживачів електричної енергії може працювати тільки на постійному струмі (електрохімічні та електрометалургійні установки, лінії передачі постійного струму, електролізні ванни, акумуляторні батареї, що заряджаються, радіотехнічна апаратура і т.д.), інші ж споживачі мають на постійному струмі кращі характеристики, ніж на змінному струмі (регульовані електродвигуни).
    2. Інвертування струму — перетворення постійного струму в змінний. Інвертор застосовується в тих випадках, коли джерело енергії генерує постійний струм (електромашинні генератори постійного струму, акумуляторні батареї та інші хімічні джерела струму, сонячні батареї, магнитогидродинамические генератори і т. д.), а для споживачів потрібна енергія змінного струму. У ряді випадків інвертування струму необхідно при інших видах перетворення електричної енергії (перетворення частоти, перетворення числа фаз).
    3. Перетворення частоти — перетворення змінного струму однієї частоти (зазвичай 50 Гц) в змінний струм іншої частоти. Таке перетворення необхідно для живлення регульованих електроприводів змінного струму, установок індукційного нагрівання та плавлення металів, ультразвукових пристроїв і т. д.
    4. Перетворення числа фаз. У ряді випадків зустрічається необхідність у перетворенні трифазного струму однофазний (наприклад, для живлення дугових електропечей) або, навпаки, однофазного в трифазний. Так, на електрифікованому транспорті використовується контактна мережа однофазного змінного струму, а на електровозах використовуються допоміжні машини трифазного струму. У промисловості використовуються трехфазно-однофазні перетворювачі частоти з безпосереднім зв’язком, в яких поряд з перетворенням промислової частоти в більш низьку відбувається і перетворення трифазної напруги в однофазне.

3. Перетворення постійного струму однієї напруги в постійний струм іншої напруги (перетворення постійної напруги). Подібне перетворення необхідно, наприклад, на ряді рухомих об’єктів, де джерелом електроенергії є акумуляторна батарея або інше джерело постійного струму низької напруги, а для живлення споживачів вимагається більш висока постійна напруга (наприклад, джерела живлення радіотехнічної або електронної апаратури).

Існують і деякі інші види перетворення електричної енергії (наприклад, формування певної кривої змінного напруги), зокрема, формування потужних імпульсів струму, які знаходять застосування в спеціальних установках, регульоване перетворення змінної напруги. Всі види перетворень здійснюють з використанням силових ключових елементів. Основні типи напівпровідникових ключів — діоди, силові біполярні транзистори, тиристори, замикаються, тиристори, транзистори з польовим управлінням.

Перетворювачі на тиристорах прийнято ділити на дві групи: ведені й автономні. У перших періодичний перехід струму з одного вентиля на інший (комутація струму) здійснюється під дією змінної напруги якого-небудь зовнішнього джерела. Якщо таким джерелом є мережа змінного струму, говорять про перетворювачі, підпорядкованому мережею. До таких перетворювачів відносяться: випрямлячі, ведені мережею (залежні) інвертори, безпосередні перетворювачі частоти, перетворювачі числа фаз, перетворювачі змінної напруги. Якщо зовнішнім джерелом напруги, що забезпечує комутацію, є машина змінного струму (наприклад, синхронний генератор або двигун), перетворювач називають веденим машиною.

Автономні перетворювачі виконують функції перетворення форми або регулювання напруги (струму) шляхом зміни стану керованих силових ключових елементів під дією сигналів управління. До автономних перетворювачів відносяться імпульсні регулятори постійного і змінного напруги, деякі види інверторів напруги.

Традиційно силові вентильні перетворювачі використовувалися для отримання випрямленої напруги промислових мереж частотою 50 Гц і для отримання змінного струму (одно-або трифазний) при живленні від джерела постійної напруги. Для цих перетворювачів (випрямлячів та інверторів) використовують діоди і тиристори, комутовані з частотою мережі. Форма вихідної напруги і струму визначається лінійною частиною схеми і фазовою модуляцією кута регулювання.

Випрямлення і інвертування продовжують залишатися провідним способом перетворення електричної енергії, однак способи перетворення зазнали значних змін і їх різновиди стали набагато чисельнішою.

Поява нових типів силових напівпровідникових вентилів, близьких до ідеального керованого ключовому елементу, істотно змінило підхід до побудови вентильних перетворювачів. Набули поширення в останні роки замикаються, тиристори (GTO — gate turn off thirystor) і біполярні транзистори з ізольованим затвором (БТИЗ — IGBT — insolated gate bipolar transistor) успішно перекривають діапазон потужностей до сотень і тисяч кіловат, їх динамічні властивості безперервно удосконалюються, а вартість із зростанням випуску знижується. Тому вони успішно витіснили звичайні тиристори з вузлами примусової комутації. Області застосування імпульсних перетворювачів напруги з новими класами приладів також розширилися. Швидко розвиваються потужні імпульсні регулятори як для підвищення, так і для постійного зниження напруги живлення; імпульсні перетворювачі часто використовуються в системах утилізації енергії поновлюваних джерел (вітер, сонячна радіація).

Великі вкладення робляться у виробництво енергії з використанням енергозберігаючих технологій, коли поновлювані первинні джерела використовуються або для повернення енергії в мережу, або для підзарядки акумулятора (акумулятора) в установках з підвищеною надійністю енергопостачання. З’являються нові класи перетворювачів для електроприводів з вентильно-индукторными двигунами (SRD — switched reluctanse drive). Ці перетворювачі являють собою багатоканальні (число каналів зазвичай від трьох до восьми) комутатори, що забезпечують по черзі підключення обмоток статора двигуна з регульованими частотою і напругою. Імпульсні перетворювачі отримують широке поширення в джерелах живлення побутової апаратури, зарядних пристроях, зварювальних агрегатах і в цілому ряді нових застосувань (пускорегулюючі пристрої освітлювальних установок, електрофільтри і тощо).

Крім вдосконалення елементної бази силових перетворювальних ланцюгів на стратегію вирішення схемотехнічних задач зробило величезний вплив на розвиток мікроконтролерних пристроїв і цифрових методів обробки інформації.

Короткий опис статті: види енергії електричні мережі-електричні мережі, обладнання, підстанції, охорона праці

Джерело: Види перетворення електричної енергії

Також ви можете прочитати