電力システムのコンバータ装置
電気エネルギーは発電所で生成され、主に供給周波数の交流の形で配電されます。かなりの数ですが 電力消費者 産業では、電源として他の種類の電力が必要です。
最も頻繁に必要となるのは次のとおりです。
- DC (電気化学および電解槽、直流電気駆動装置、電気輸送および昇降装置、電気溶接装置);
これに関連して、交流を直流（整流）電流に変換する場合、またはある周波数の交流を別の周波数の交流に変換する場合に必要になります。電力伝送システムのサイリスタ DC ドライブでは、消費点で直流を交流に変換 (電流反転) する必要があります。
これらの例は、あるタイプから別のタイプへの電気エネルギーの変換が必要なすべてのケースをカバーしているわけではありません。生産される電力の 3 分の 1 以上が別の種類のエネルギーに変換されるため、技術の進歩は変換デバイス (変換装置) の開発の成功に大きく関係しています。
技術変換装置の分類
変換装置の主な種類
国のエネルギー収支における変換技術機器の割合は重要な位置を占めています。他のタイプのコンバータと比較した場合、半導体コンバータの利点は否定できません。主な利点は次のとおりです。
— 半導体コンバータは高いレギュレーションとエネルギー特性を備えています。
— 寸法と重量が小さい。
— 操作が簡単で信頼性が高い。
— 電源回路の電流を非接触で切り替えます。
これらの利点のおかげで、半導体コンバータは、非鉄冶金、化学産業、鉄道および都市交通、鉄冶金、機械工学、エネルギーおよびその他の産業で広く使用されています。
変換デバイスの主な種類の定義を示します。
整流器 交流電圧を直流電圧（U～→U=）に変換する装置です。
インバータは直流電圧を交流電圧（U = → U ~）に変換する装置と呼ばれます。
周波数変換器は、ある周波数の交流電圧を別の周波数の交流電圧に変換する働きをします（Uf1→Uf2）。
AC 電圧コンバータ (レギュレータ) は、負荷に供給される電圧を変更 (調整) するように設計されています。ある量の AC 電圧を別の量の AC 電圧に変換します (U1 ~ → U2 ~)。
最も広く使用されているタイプの技術変換デバイスは次のとおりです... 直流電流の大きさ、コンバータのフェーズ数、電圧曲線の形状などを変換 (調整) するように設計された変換デバイスが多数あります。
元素ベース変換装置の簡単な特徴
さまざまな目的のために設計されたすべての変換装置には、電気バルブの定期的なオンとオフの切り替えに基づいた共通の動作原理があります。現在、電動バルブとして半導体素子が使用されています。最も広く使用されているダイオード、 サイリスタ、トライアックと パワートランジスタキーモードで動作します。
1. ダイオード 片側導電性を持つ電気回路の 2 つの電極要素を表します。ダイオードのコンダクタンスは、印加電圧の極性に依存します。一般に、ダイオードは低出力ダイオード (許容平均電流 Ia ≤ 1A)、中出力ダイオード (Ia = 1 — 10A を追加)、および高出力ダイオード (Ia ≧ 10A を追加) に分類されます。ダイオードは目的に応じて、低周波用（fadd ≤ 500 Hz）と高周波用（fdop> 500 Hz）に分けられます。
整流ダイオードの主なパラメータは、最大平均整流電流 Ia add A と最大逆電圧 Ubmax B で、これらは動作を妨げる危険なしにダイオードに長時間印加できます。
中出力および高出力コンバータでは、強力な（アバランシェ）ダイオードを適用します。これらのダイオードは、高電流および高逆電圧で動作するため、p-n 接合で大幅な電力放出が発生するため、いくつかの特有の特性を持っています。したがって、効果的な冷却方法をここで提供する必要があります。
パワー ダイオードのもう 1 つの特徴は、突然の負荷低下、スイッチング、およびスイッチングによって生じる短期間の過電圧から保護する必要があることです。 緊急モード.
電源ダイオードの過電圧からの保護は、起こり得る電気的破壊の p-n の伝達、つまり表面領域からバルクへの遷移で構成されます。この場合、降伏はアバランシェの性質を持ち、ダイオードはアバランシェと呼ばれます。このようなダイオードは、局所領域を過熱することなく、十分に大きな逆電流を流すことができます。
コンバータ装置の回路を開発する場合、単一ダイオードの最大許容値を超える整流電流を得ることが必要になる場合があります。この場合、同じ種類のダイオードを並列接続し、グループ内の各デバイスの定電流を均等化する措置を講じます。総許容逆電圧を高めるには、ダイオードの直列接続が使用されます。同時に、逆電圧の偏在を排除する対策も施されています。
半導体ダイオードの主な特性は電流電圧 (VAC) 特性です。半導体構造とダイオード記号を図に示します。 1、a、b。ダイオードの電流電圧特性の逆分岐を図に示します。 1、c (アバランシェ ダイオードの曲線 1 — I — V 特性、従来のダイオードの曲線 2 — I — V 特性)。
米。 1 — ダイオードの電流-電圧特性の記号と逆分岐。
サイリスタ これは、低導電率 (サイリスタが閉じた状態) と高導電率の状態 (サイリスタが開いた状態) の 2 つの安定状態を持つ 4 層半導体デバイスです。ある安定状態から別の安定状態への移行は、外部要因の作用によるものです。ほとんどの場合、サイリスタのロックを解除するには、電圧 (電流) または光 (フォトサイリスタ) の影響を受けます。
ダイオード サイリスタ (ダイニスタ) と三極サイリスタの制御電極を区別します。後者はシングルレベルとツーレベルに分けられます。
単動サイリスタでは、ゲート回路ではサイリスタのターンオフ動作のみが行われます。サイリスタは、正のアノード電圧と制御電極に制御パルスが存在すると、オープン状態になります。したがって、サイリスタの主な特徴は、順方向電圧が印加された状態での点火時に任意の遅延が発生する可能性があることです。単一動作サイリスタ (およびダイニスタ) のロックは、アノード - カソード電圧の極性を変更することによって実行されます。
デュアルデューティ サイリスタにより、制御回路はサイリスタのロック解除とロックの両方を行うことができます。ロックは、逆極性の制御パルスを制御電極に印加することによって実行されます。
業界では、許容電流が数千アンペア、許容電圧がキロボルト単位の単動サイリスタが製造されていることに注意してください。既存の複動サイリスタは単動サイリスタに比べて許容電流が大幅に低く（単位数十アンペア）、許容電圧も低くなります。このようなサイリスタは、リレー装置や低電力コンバータ装置に使用されます。
図では。図２は、サイリスタの従来の名称、半導体構造の概略図、およびサイリスタの電流電圧特性を示す。文字 A、K、UE はそれぞれ、アノード、カソード、サイリスタ制御要素の出力を示します。
サイリスタの選択とコンバータ回路での動作を決定する主なパラメータは次のとおりです。許容順電流、Ia 加算値、A。閉状態での許容順電圧、Ua max、V、許容逆電圧、Ubmax、V。
コンバータ回路の動作能力を考慮したサイリスタの最大順電圧は、推奨動作電圧を超えてはなりません。
米。 2 — サイリスタの記号、半導体構造図、およびサイリスタの電流電圧特性
重要なパラメータは、開状態でのサイリスタの保持電流です。Isp、Aは最小順電流であり、より低い値ではサイリスタがオフになります。コンバータの最小許容負荷を計算するために必要なパラメータ。
その他のタイプの変換デバイス
トライアック (対称サイリスタ) は両方向に電流を流します。トライアックの半導体構造は 5 つの半導体層で構成されており、サイリスタよりも複雑な構成となっています。 p 層と n 層を組み合わせて使用すると、さまざまな電圧極性で、サイリスタの電流電圧特性の直接分岐に対応する条件が満たされる半導体構造が作成されます。
バイポーラトランジスタキーモードで動作します。トランジスタの主回路のバイオペレーション サイリスタとは異なり、スイッチの導通状態全体を通じて制御信号を維持する必要があります。バイポーラトランジスタを使用すると、完全に制御可能なスイッチを実現できます。
博士号コリャダ L.I.