ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА раздел
электротехники,
предметом
к-рого является разработка способов и средств преобразования электрич.
энергии; совокупность соответствующих преобразоват. устройств. Устройства
П. т. изменяют величины переменных напряжения и тока (трансформаторы),
преобразуют
переменный ток в постоянный или пульсирующий однонаправленный
(выпрямители),
постоянный
или пульсирующий однонаправленный ток в переменный (инверторы),
переменный
ток одной частоты в переменный ток другой частоты (преобразователи частоты),
изменяют
число фаз переменного тока (расщепитель фаз),
изменяют величину
постоянного напряжения (регуляторы и преобразователи постоянного напряжения).
К устройствам П. т. относят также бесконтактные коммутац. аппараты (см.
Коммутатор).

В зависимости от вида осн. элементов силовых
цепей преобразоват. устройств последние подразделяют на электромашинные
и статические (электромагнитные и вентильные). К электромашинным преобразоват
. устройствам относят трансформаторы и электромашинные преобразователи
частоты. Трансформаторы применяют в цепях переменного тока везде, где необходимо
повысить или понизить напряжение, согласовать выход одной системы со входом
другой, ввести гальванич. развязку электрич. цепей и т. д. Электромашинные
преобразователи (гл. обр. двигатель-генераторные агрегаты) применяют
преим. в автономных системах электроснабжения и в нек-рых промышленных
электроприводах.
Электромагнитные
преобразователи применяются редко, преим. в качестве делителей и умножителей
частоты. Вентильные преобразоват. устройства (ВПУ), осн. элемент к-рых
-вентиль электрический, имеют малую инерционность, высокий кпд,
хорошие эксплуатац. характеристики, малые массу и габариты, что и обусловило
их широкое применение. В высоковольтных ВПУ малой и средней мощности применяют
электронные (электровакуумные) вентили. Ионные вентили (газоразрядные и
ртутные) устанавливают в ВПУ с резко переменной нагрузкой, в импульсных
и спец. ВПУ. Полупроводниковые (ПП) вентили (транзисторы, полупроводниковые
диоды и тиристоры) благодаря компактности, мгновенной готовности
к работе, высокому кпд, простоте управления и большому сроку службы к сер.
70-х гг. 20 в. практически полностью вытеснили др. вентили в ВПУ массового
применения. В низковольтных ВПУ малой и средней мощности ( 10 ²-10³вт)
используют транзисторы, работающие в ключевом режиме; в ВПУ большой
мощности (10⁵ -10⁸вт)
применяют силовые ПП
диоды и тиристоры. В состав ВПУ, кроме вентилей с охладителями, входят
трансформаторы, система управления вентилями, устройства защиты от сверхтоков
и перенапряжений, ограничители скорости нарастания напряжения и тока в
силовых цепях, коммутирующие устройства, сглаживающие фильтры.

По режиму рабочего процесса различают ВПУ
с естеств. и искусств, (принудительной) коммутацией. Естеств. коммутация
может быть реализована в ВПУ как с управляемыми, так и с неуправляемыми
вентилями. Искусств. коммутация осуществляется, как правило, в ВПУ с управляемыми
вентилями. В ВПУ обоих видов вентиль переводится в состояние высокой проводимости
(отпирается) управляющим сигналом при наличии соответств. потенциалов на
его силовых электродах. В состояние низкой проводимости вентиль переводится
(запирается) либо в результате снижения напряжения источника питания (в
ВПУ с естественной коммутацией), либо дополнительным воздействием коммутирующего
устройства (в ВПУ с искусственной коммутацией).

Рис. 1. Схема полупроводникового вентильного
выпрямителя (а) и диаграммы его напряжений (б, в, г): Uc - напряжение
сети; Uн - напряжение на нагрузке; Uсреднее значение
выпрямленного напряжения; ВПУ - вентильное преобразовательное устройство;
В - управляемый вентиль; УИК - устройство искусственной коммутации; R- нагрузка.

Схема простейшего ВПУ - выпрямителя - показана
на рис. 1, а. Изменяя момент отпирания управляемого вентиля, соединённого
последовательно с нагрузкой, можно менять ср. значение приложенного к нагрузке
выпрямленного напряжения (фазовое регулирование, рис. 1, б). Изменяя частоту
подачи управляющих импульсов, также можно менять ср. значение выпрямленного
напряжения (импульсное регулирование, рис. 1, в). В ВПУ с естеств. коммутацией
вентиль запирается тогда, когда протекающий через него ток уменьшается
до нуля. В ВПУ с искусств/ коммутацией вентиль может быть заперт коммутирующим
устройством в любой момент времени (кривая изменения напряжения на нагрузке
изображена на рис. 1, г). В выпрямителях такой способ управления
режимом работы вентиля по сравнению с фазовым регулированием позволяет
повысить коэфф. мощности на входе ВПУ. Для уменьшения пульсаций выпрямленного
напряжения обычно используют сглаживающие фильтры на выходе ВПУ. С этой
же целью применяют несколько включённых параллельно ВПУ, питаемых переменными
напряжениями, сдвинутыми друг относительно друга по фазе. В ВПУ - преобразователе
частоты (рис. 2, а), подавая управляющие импульсы попеременно на
вентили B (для положит, полуволны тока
нагрузки) и В(для отрицат. полуволны
тока нагрузки) с частотой, более низкой, чем частота питающей сети, можно
получить (при естеств. коммутации) напряжение, идеализированная форма к-рого
показана на рис. 2, б. ВПУ с искусств, коммутацией можно получить
переменное напряжение, частота к-рого может быть выше частоты питающей
сети (рис. 2, в) и ограничивается лишь динамич. свойствами вентилей. Для
изменения среднего значения выходного напряжения и в этом случае применяется
фазовое или импульсное регулирование.

Включая ВПУ в цепь постоянного тока и изменяя
с помощью искусств. коммутации продолжительность отпертого и запертого
состояний силового вентиля (рис. 3, в), можно менять ср. напряжение на
нагрузке методом широтно-импульсного (рис. 3, б) или частотно-импульсного
(рис. 3, в) регулирования. Посредством соединения двух ВПУ можно осуществлять
преобразование постоянного тока в переменный (инвертирование).

В СССР и за рубежом ВПУ применяют практически
во всех областях электроэнергетики. В электропередачах постоянного тока
с напряжением 500 кв и более используют выпрямители и инверторы
на ртутных и ПП вентилях мощностью по 100 Мва и выше. Мощность ПП
выпрямителей для питания электролизных ванн достигает 100 Мва. В
электроприводах прокатных станов и блюмингов ещё встречаются ртутные выпрямители
мощностью до 30 Мва, но с нач. 70-х гг. их всё чаще заменяют ПП
выпрямителями. На электрифицированном ж.-д. транспорте применяют выпрямительные
и выпрямитель-но-инверторные установки мощностью до 10 Мва на подвижном
составе и до 15 Мва на тяговых подстанциях. В электроприводах
металлорежущих станков и текстильных машин используют ПП выпрямители и
преобразователи частоты мощностью от 10 ква до 10 Мва. Для
питания индукционных электрических печей применяют ПП преобразователи частоты
мощностью до 1 Мва. В тихоходных электроприводах шахтных мельниц
используют ртутные и ПП преобразователи частоты мощностью 10-15 Мва,
причём
ртутные также постепенно вытесняются ПП.

Рис. 2. Схема полупроводникового вен-тильного
преобразователя частоты (а) и диаграммы его напряжений (б, в): Г| - период
напряжения сети; ТТ -период напряжения на нагрузке;
остальные обозначения те же, что и на рис. 1.

Рис. 3. Схема полупроводникового вентильного
регулятора постоянного тока (а) и диаграммы его напряжений (6, в): Т
- интервалы следования управляющих импульсов (на отпирание вентиля);
t-продолжительность
открытого состояния вентиля; остальные обозначения те же, что и на рис.
1.

Лит.: Ривкин Г. А., Преобразовательные
устройства, М., 1970; ЧиженкоИ. М., Руденко В. С., Сенько В. И., Основы
преобразовательной техники, М., 1974. Ю. М. Иньков, А. А. Сакович.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я