पॉवर सिस्टममध्ये कनवर्टर डिव्हाइसेस

विद्युत उर्जा पॉवर प्लांट्समध्ये निर्माण केली जाते आणि मुख्यतः पुरवठा वारंवारतेसह पर्यायी प्रवाहाच्या स्वरूपात वितरीत केली जाते. तरी मोठी संख्या वीज ग्राहक उद्योगात वीज पुरवठ्यासाठी इतर प्रकारची वीज लागते.

बर्याचदा आवश्यक:

• डी.सी. (इलेक्ट्रोकेमिकल आणि इलेक्ट्रोलिसिस बाथ, डायरेक्ट करंट इलेक्ट्रिक ड्राइव्ह, इलेक्ट्रिक ट्रान्सपोर्ट आणि लिफ्टिंग डिव्हाइसेस, इलेक्ट्रिक वेल्डिंग डिव्हाइसेस);

• पर्यायी प्रवाह गैर-औद्योगिक वारंवारता (इंडक्शन हीटिंग, व्हेरिएबल स्पीड एसी ड्राइव्ह).

या संबंधात, वैकल्पिक प्रवाहाचे थेट (सुधारित) प्रवाहात रूपांतर करणे किंवा एका वारंवारतेच्या वैकल्पिक प्रवाहाचे दुसर्‍या वारंवारतेच्या वैकल्पिक प्रवाहात रूपांतर करणे आवश्यक होते. इलेक्ट्रिकल पॉवर ट्रान्समिशन सिस्टममध्ये, थायरिस्टर डीसी ड्राईव्हमध्ये, वापराच्या बिंदूवर डायरेक्ट करंटला अल्टरनेटिंग करंट (करंट इन्व्हर्जन) मध्ये रूपांतरित करण्याची आवश्यकता असते.

ही उदाहरणे सर्व प्रकरणे समाविष्ट करत नाहीत जेथे विद्युत उर्जेचे एका प्रकारातून दुसऱ्या प्रकारात रूपांतरण आवश्यक आहे.सर्व उत्पादित विजेपैकी एक तृतीयांश पेक्षा जास्त ऊर्जा दुसर्या प्रकारच्या उर्जेमध्ये रूपांतरित केली जाते, म्हणूनच तांत्रिक प्रगती मुख्यत्वे रूपांतरण उपकरणांच्या यशस्वी विकासाशी संबंधित आहे (कन्व्हर्टिंग उपकरणे).

तंत्रज्ञान रूपांतरण उपकरणांचे वर्गीकरण

रूपांतरित उपकरणांचे मुख्य प्रकार

देशाच्या उर्जा संतुलनामध्ये तांत्रिक उपकरणे रूपांतरित करण्याचा वाटा महत्त्वपूर्ण स्थान व्यापलेला आहे. इतर प्रकारच्या कन्व्हर्टरच्या तुलनेत सेमीकंडक्टर कन्व्हर्टरचे फायदे निर्विवाद आहेत. मुख्य फायदे खालीलप्रमाणे आहेत:

— सेमीकंडक्टर कन्व्हर्टरमध्ये उच्च नियमन आणि ऊर्जा वैशिष्ट्ये आहेत;

- लहान परिमाणे आणि वजन आहे;

- ऑपरेशनमध्ये सोपे आणि विश्वासार्ह;

- पॉवर सप्लाय सर्किट्समध्ये विद्युत प्रवाहांचे संपर्करहित स्विचिंग प्रदान करा.

या फायद्यांमुळे धन्यवाद, सेमीकंडक्टर कन्व्हर्टर मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात: नॉन-फेरस मेटलर्जी, रासायनिक उद्योग, रेल्वे आणि शहरी वाहतूक, फेरस मेटलर्जी, यांत्रिक अभियांत्रिकी, ऊर्जा आणि इतर उद्योग.

आम्ही मुख्य प्रकारच्या रूपांतरण उपकरणांची व्याख्या देऊ.

रेक्टिफायर हे एसी व्होल्टेजचे डीसी व्होल्टेज (U ~ → U =) मध्ये रूपांतरित करणारे उपकरण आहे.

डायरेक्ट व्होल्टेजला अल्टरनेटिंग व्होल्टेज (U = → U ~) मध्ये रूपांतरित करण्यासाठी इन्व्हर्टर म्हणतात.

फ्रिक्वेन्सी कन्व्हर्टर एका फ्रिक्वेन्सीच्या अल्टरनेटिंग व्होल्टेजला दुसर्‍या फ्रिक्वेंसी (Uf1→Uf2) च्या अल्टरनेटिंग व्होल्टेजमध्ये रूपांतरित करते.

एसी व्होल्टेज कन्व्हर्टर (रेग्युलेटर) हे लोडला पुरवलेले व्होल्टेज बदलण्यासाठी (नियमन) करण्यासाठी डिझाइन केलेले आहे, म्हणजे. एका परिमाणाचे AC व्होल्टेज दुसर्‍या प्रमाणाच्या AC व्होल्टेजमध्ये रूपांतरित करते (U1 ~ → U2 ~).

येथे तंत्रज्ञान रूपांतरण उपकरणांचे सर्वात मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाणारे प्रकार आहेत... डायरेक्ट करंटचे परिमाण, कन्व्हर्टर फेजची संख्या, व्होल्टेज वक्रचा आकार इत्यादी रूपांतरित (नियमन) करण्यासाठी डिझाइन केलेली अनेक रूपांतरण उपकरणे आहेत.

घटक बेस रूपांतरित उपकरणांची संक्षिप्त वैशिष्ट्ये

सर्व कन्व्हर्टिंग डिव्हाइसेस, भिन्न हेतूंसाठी डिझाइन केलेले, ऑपरेशनचे एक समान तत्त्व आहे, जे विद्युत वाल्वच्या नियतकालिक स्विचिंग चालू आणि बंद करण्यावर आधारित आहे. सध्या, सेमीकंडक्टर उपकरणे इलेक्ट्रिकल व्हॉल्व्ह म्हणून वापरली जातात. सर्वाधिक वापरले जाणारे डायोड, थायरिस्टर्स, triacs आणि पॉवर ट्रान्झिस्टरकी मोडमध्ये कार्य करते.

1. डायोड एकतर्फी चालकता असलेल्या इलेक्ट्रिक सर्किटच्या दोन-इलेक्ट्रोड घटकांचे प्रतिनिधित्व करतात. डायोडचे आचरण लागू व्होल्टेजच्या ध्रुवीयतेवर अवलंबून असते. साधारणपणे, डायोड कमी-पॉवर डायोड (अनुमत सरासरी वर्तमान Ia ≤ 1A), मध्यम-शक्ती डायोड (Ia = 1 — 10A जोडणे) आणि उच्च-शक्ती डायोड (Ia ≥ 10A जोडणे) मध्ये विभागले जातात. त्यांच्या उद्देशानुसार, डायोड कमी-फ्रिक्वेंसी (fadd ≤ 500 Hz) आणि उच्च-फ्रिक्वेंसी (fdop> 500 Hz) मध्ये विभागलेले आहेत.

रेक्टिफायर डायोड्सचे मुख्य पॅरामीटर्स म्हणजे सर्वोच्च सरासरी रेक्टिफाइड करंट, आयए अॅडिशन, ए आणि सर्वात जास्त रिव्हर्स व्होल्टेज, उबमॅक्स, बी, जे डायोडला त्याच्या ऑपरेशनमध्ये अडथळा न आणता दीर्घकाळ लागू केले जाऊ शकते.

मध्यम आणि उच्च पॉवर कन्व्हर्टर्समध्ये शक्तिशाली (अस्खलन) डायोड लागू करा. या डायोड्समध्ये काही विशिष्ट वैशिष्ट्ये आहेत कारण ते उच्च प्रवाह आणि उच्च रिव्हर्स व्होल्टेजवर कार्य करतात, परिणामी p-n जंक्शनमध्ये महत्त्वपूर्ण पॉवर रिलीझ होते.त्यामुळे प्रभावी कूलिंग पद्धती येथे प्रदान केल्या पाहिजेत.

पॉवर डायोड्सचे आणखी एक वैशिष्ट्य म्हणजे अचानक लोड कमी होणे, स्विचिंग आणि आणीबाणी मोड.

ओव्हरव्होल्टेजपासून पॉवर सप्लाय डायोडच्या संरक्षणामध्ये संभाव्य इलेक्ट्रिकल ब्रेकडाउन p-n - पृष्ठभागाच्या भागांपासून मोठ्या प्रमाणात संक्रमण होते. या प्रकरणात, ब्रेकडाउनमध्ये हिमस्खलन वर्ण आहे आणि डायोडला हिमस्खलन म्हणतात. असे डायोड स्थानिक भागात जास्त गरम न करता पुरेसा मोठा रिव्हर्स करंट पास करण्यास सक्षम असतात.

कन्व्हर्टर उपकरणांचे सर्किट विकसित करताना, एका डायोडच्या कमाल स्वीकार्य मूल्यापेक्षा अधिक सुधारित विद्युत प्रवाह प्राप्त करणे आवश्यक असू शकते. या प्रकरणात, समान प्रकारच्या डायोड्सचे समांतर कनेक्शन गटामध्ये समाविष्ट केलेल्या डिव्हाइसेसच्या स्थिर प्रवाहांना समान करण्यासाठी उपायांचा अवलंब करून वापरला जातो. एकूण स्वीकार्य रिव्हर्स व्होल्टेज वाढवण्यासाठी, डायोड्सचे मालिका कनेक्शन वापरले जाते. त्याच वेळी, रिव्हर्स व्होल्टेजचे असमान वितरण वगळण्यासाठी उपाय प्रदान केले जातात.

सेमीकंडक्टर डायोडचे मुख्य वैशिष्ट्य म्हणजे वर्तमान-व्होल्टेज (VAC) वैशिष्ट्य. अर्धसंवाहक रचना आणि डायोड चिन्ह अंजीर मध्ये दर्शविले आहे. १, अ, ब. डायोडच्या वर्तमान-व्होल्टेज वैशिष्ट्याची उलट शाखा अंजीर मध्ये दर्शविली आहे. 1, c (वक्र 1 — I — V एक हिमस्खलन डायोडचे वैशिष्ट्य, वक्र 2 — I — V एक पारंपारिक डायोडचे वैशिष्ट्य).

तांदूळ. 1 — डायोड वर्तमान-व्होल्टेज वैशिष्ट्याची चिन्ह आणि व्यस्त शाखा.

थायरिस्टर्स हे चार-लेयर सेमीकंडक्टर डिव्हाइस आहे ज्यामध्ये दोन स्थिर स्थिती आहेत: कमी चालकता (थायरिस्टर बंद) आणि उच्च चालकता (थायरिस्टर उघडा). एका स्थिर स्थितीतून दुसर्‍या स्थितीत संक्रमण बाह्य घटकांच्या कृतीमुळे होते. बहुतेकदा, थायरिस्टर अनलॉक करण्यासाठी, ते व्होल्टेज (वर्तमान) किंवा प्रकाश (फोटोथायरिस्टर्स) द्वारे प्रभावित होते.

डायोड थायरिस्टर्स (डायनिस्टर्स) आणि ट्रायोड थायरिस्टर्स कंट्रोल इलेक्ट्रोडमध्ये फरक करा. नंतरचे सिंगल-लेव्हल आणि टू-लेव्हलमध्ये विभागलेले आहेत.

सिंगल-ऍक्शन थायरिस्टर्समध्ये, गेट सर्किटवर फक्त थायरिस्टर टर्न-ऑफ ऑपरेशन केले जाते. थायरिस्टर सकारात्मक एनोड व्होल्टेजसह आणि कंट्रोल इलेक्ट्रोडवर कंट्रोल पल्सच्या उपस्थितीसह ओपन स्टेटमध्ये जातो. म्हणून, थायरिस्टरचे मुख्य वेगळे वैशिष्ट्य म्हणजे त्याच्यावर फॉरवर्ड व्होल्टेजच्या उपस्थितीत त्याच्या फायरिंगच्या वेळी अनियंत्रित विलंब होण्याची शक्यता आहे. एनोड-कॅथोड व्होल्टेजची ध्रुवीयता बदलून सिंगल-ऑपरेशन थायरिस्टर (तसेच डायनिस्टर) चे लॉकिंग केले जाते.

ड्युअल ड्युटी थायरिस्टर्स कंट्रोल सर्किटला थायरिस्टर अनलॉक आणि लॉक दोन्ही करण्याची परवानगी देतात. कंट्रोल इलेक्ट्रोडवर रिव्हर्स पोलरिटीची कंट्रोल पल्स लावून लॉकिंग केले जाते.

हे लक्षात घ्यावे की उद्योग हजारो अँपिअरच्या परवानगीयोग्य प्रवाहांसाठी आणि किलोव्होल्टच्या युनिटच्या परवानगीयोग्य व्होल्टेजसाठी सिंगल-ऍक्शन थायरिस्टर्स तयार करतो. विद्यमान दुहेरी-क्रिया थायरिस्टर्समध्ये एकल-क्रिया (युनिट्स आणि दहापट अँपिअर) आणि कमी स्वीकार्य व्होल्टेजपेक्षा लक्षणीयरीत्या कमी स्वीकार्य प्रवाह असतात. अशा थायरिस्टर्सचा वापर रिले उपकरणांमध्ये आणि कमी-पावर कन्व्हर्टर उपकरणांमध्ये केला जातो.

अंजीर मध्ये.2 थायरिस्टरचे पारंपारिक पदनाम, अर्धसंवाहक संरचनेचे योजनाबद्ध आणि थायरिस्टरचे वर्तमान-व्होल्टेज वैशिष्ट्य दर्शविते. A, K, UE ही अक्षरे अनुक्रमे एनोड, कॅथोड आणि थायरिस्टर कंट्रोल एलिमेंटचे आउटपुट दर्शवतात.

कन्व्हर्टर सर्किटमध्ये थायरिस्टरची निवड आणि त्याचे ऑपरेशन निर्धारित करणारे मुख्य पॅरामीटर्स आहेत: स्वीकार्य फॉरवर्ड करंट, आयए अॅडिटीव्ह, ए; बंद स्थितीत स्वीकार्य फॉरवर्ड व्होल्टेज, Ua max, V, स्वीकार्य रिव्हर्स व्होल्टेज, Ubmax, V.

कन्व्हर्टर सर्किटची ऑपरेटिंग क्षमता लक्षात घेऊन थायरिस्टरचा जास्तीत जास्त फॉरवर्ड व्होल्टेज, शिफारस केलेल्या ऑपरेटिंग व्होल्टेजपेक्षा जास्त नसावा.

तांदूळ. 2 — थायरिस्टर चिन्ह, अर्धसंवाहक संरचना आकृती आणि थायरिस्टर करंट-व्होल्टेज वैशिष्ट्य

एक महत्त्वाचा पॅरामीटर म्हणजे थायरिस्टरचा ओपन स्टेटमध्ये होल्डिंग करंट, Isp, A, किमान फॉरवर्ड करंट आहे, ज्याच्या कमी मूल्यांवर थायरिस्टर बंद होतो; कन्व्हर्टरच्या किमान परवानगीयोग्य लोडची गणना करण्यासाठी आवश्यक पॅरामीटर.

इतर प्रकारचे रूपांतरण साधने

ट्रायक्स (सममितीय थायरिस्टर्स) दोन्ही दिशांना विद्युत प्रवाह चालवतात. ट्रायकच्या अर्धसंवाहक संरचनेत पाच अर्धसंवाहक स्तर असतात आणि त्यात थायरिस्टरपेक्षा अधिक जटिल संरचना असते. p- आणि n-स्तरांच्या संयोजनाचा वापर करून अर्धसंवाहक रचना तयार केली जाते ज्यामध्ये, वेगवेगळ्या व्होल्टेज ध्रुवीयतेवर, थायरिस्टरच्या वर्तमान-व्होल्टेज वैशिष्ट्याच्या थेट शाखेशी संबंधित अटी पूर्ण केल्या जातात.

द्विध्रुवीय ट्रान्झिस्टरकी मोडमध्ये कार्य करते.ट्रान्झिस्टरच्या मुख्य सर्किटमध्ये द्वि-ऑपरेशनल थायरिस्टरच्या विपरीत, स्विचच्या संपूर्ण कंडक्टिंग स्थितीमध्ये नियंत्रण सिग्नल राखणे आवश्यक आहे. द्विध्रुवीय ट्रान्झिस्टरसह पूर्णपणे नियंत्रण करण्यायोग्य स्विच साकार केला जाऊ शकतो.

पीएच.डी. कोल्याडा L.I.