Меню

Структура преобразователя постоянного тока

Преобразователь постоянного тока в постоянный

Преобразователь постоянного тока и преобразователь постоянного тока , называемый английским DC-DC преобразователь , относятся к электрической цепи , что напряжение , подаваемое на входном напряжении постоянного тока преобразуется в напряжение постоянного тока с выше, ниже или перевернутым уровнем напряжения. Реализация происходит с помощью периодически работающего электронного переключателя и одного или нескольких накопителей энергии. Преобразователи напряжения постоянного тока относятся к числу преобразователей мощности с автоматической коммутацией . В области электроэнергетики их еще называют регуляторами постоянного тока .

Индуктивность (индуктивный преобразователь), используемая для временного хранения энергии, состоит из катушки или преобразователя-трансформатора. Напротив, преобразователи с емкостным накопителем ( емкостный преобразователь ) называются зарядовыми насосами . Зарядные насосы используются, когда либо — как в интегральных схемах — индуктивности недоступны, либо когда требуется настолько малая выходная мощность, что использование дорогих катушек не имеет смысла по сравнению с дешевыми конденсаторами.

С другой стороны, устройства, которые преобразуют постоянное напряжение в переменное , называются инверторами ; вместе с другими типами преобразователей оба относятся к группе преобразователей .

Оглавление

  • 1 приложений
  • 2 топологии (базовые схемы)
    • 2.1 резонансный преобразователь
    • 2.2 многофазный преобразователь
    • 2.3 Пакетный режим
  • 3 компонента в преобразователе DC / DC
    • 3.1 конденсаторы
  • 4 литературы
  • 5 веб-ссылок
  • 6 заметок
  • 7 индивидуальных доказательств

Приложения

Преобразователи постоянного напряжения являются частью импульсных источников питания, с которыми работают такие нагрузки, как блоки питания ПК , ноутбуки , мобильные телефоны , небольшие моторы, устройства Hi-Fi и многое другое. м. Быть в эксплуатации. Преимущества перед линейными источниками питания — лучшая эффективность и меньшее тепловыделение. Первый, в частности, играет важную роль в преобразовании напряжения батареи, так как срок службы батареи намного дольше с импульсным источником питания: с линейным регулятором напряжения или последовательным резистором, с другой стороны, мощность падает в серии резистор преобразуется в отходящее тепло. С другой стороны , коммутационные потери, возникающие в импульсном источнике питания , значительно ниже.

Регулятор напряжения с тактовой частотой не только выполняет функцию преобразователя напряжения, но и служит фильтром, чтобы максимально снизить негативное влияние на энергосистему (так называемая обратная связь по сети ) , особенно в высокопроизводительных приложениях . Одним из примеров являются активной мощностью коррекции коэффициента (ПФ).

Преобразователи постоянного тока в постоянный также предлагаются в виде полностью закрытых модулей преобразователей, некоторые из которых предназначены для непосредственной сборки на печатных платах . Выходное напряжение может быть меньше, равно или больше входного напряжения, в зависимости от конструкции. Самыми известными являются сборки, которые преобразуют низкое напряжение в гальванически изолированное низкое напряжение. Инкапсулированные преобразователи постоянного тока предлагаются для изоляционных напряжений от 1,5 кВ до более 3 кВ и используются для питания небольших потребителей в сетях постоянного напряжения, таких как B. до 24 В на промышленных предприятиях или до 48 В в телекоммуникациях или в области электронных сборок, например 5 В для цифровых схем или ± 15 В для работы операционных усилителей .

Преобразователи постоянного напряжения для высоких выходных напряжений (например, электронные вспышки) также называют трансвертерами.

В электроэнергетике и приводной технике преобразователи постоянного тока именуются преобразователями постоянного тока. Различия в первую очередь касаются использования и диапазона производительности. В качестве переключателей в области энергетических технологий здесь в качестве клапанов используются силовые MOSFET , IGBT и тиристоры . Прерыватели постоянного тока также используются в этой области применения в виде комбинации в виде двух- или четырехквадрантного прерывателя . Исходя из этой терминологии, простой прерыватель постоянного тока называется одноквадрантным прерывателем.

Топологии (базовые схемы)

Преобразователи постоянного напряжения классифицируются по разным критериям и делятся на разные топологии. Отнесение отдельных топологий к основным группам принципа прямого преобразователя, принципа обратного преобразователя и принципа резонансного преобразователя не стандартизировано в литературе.

Параметр D в столбце диапазона напряжений указывает коэффициент ширины импульса, который может находиться в диапазоне от 0 до 1. Напряжение U E — это входное напряжение с допустимым диапазоном по отношению к выходному напряжению U A и коэффициенту трансформации.

Топологии преобразователей без гальванической развязки

Тип преобразователя Компоненты, передающие энергию Диапазон напряжения Принципиальная схема
Нагнетательный насос
положительный
конденсатор U E > 0,
U A > U E
Нагнетательный насос pos Einf.svg
Нагнетательный насос
отрицательный
конденсатор U E > 0,
U A английском языке :
Buck Converter
Дроссель для хранения 0 ≤ U A ≤ U E ,
U А. знак равно Д. ⋅ U Э. <\ Displaystyle U_ = D \ cdot U_ > U_ = D \ cdot U_ <E data-lazy-src=
Повышающий преобразователь на
английском языке :
Boost Converter
Дроссель для хранения U A ≥ U E ,
U А. знак равно 1 1 — Д. ⋅ U Э. <\ Displaystyle U_ = <\ frac <1><1-D>> \ cdot U_ > U_ = <\ frac <1 data-lazy-src=
Обратный конвертер
английского языка :
Buck Boost Converter
Дроссель для хранения U A ≤ 0,
U А. знак равно — Д. 1 — Д. ⋅ U Э. <\ displaystyle U_ = - <\ frac <1-D>> \ cdot U_ > U_ = - <\ frac <D data-lazy-src=
Синхронный преобразователь Дроссель для хранения 0 ≤ U A ≤ U E , направление потока мощности выбирается
U А. знак равно Д. ⋅ U Э. <\ Displaystyle U_ = D \ cdot U_ > U_ = D \ cdot U_ <E data-lazy-src=
Конвертер SEPIC Два накопительных дросселя
и конденсатор
U E > 0,
U А. знак равно Д. 1 — Д. ⋅ U Э. <\ displaystyle U_ = <\ frac <1-D>> \ cdot U_ > U_ = <\ frac <D data-lazy-src=
Конвертер Ćuk Два накопительных дросселя
и конденсатор
U E > 0,
U А. знак равно — Д. 1 — Д. ⋅ U Э. <\ displaystyle U_ = - <\ frac <1-D>> \ cdot U_ > U_ = - <\ frac <D data-lazy-src=
Конвертер Zeta Два накопительных дросселя
и конденсатор
U E > 0,
U А. знак равно Д. 1 — Д. ⋅ U Э. <\ displaystyle U_ = <\ frac <1-D>> \ cdot U_ > U_ = <\ frac <D data-lazy-src=
Двойной инвертор Два накопительных дросселя
и конденсатор
U E > 0,
U А. знак равно — Д. 1 — Д. ⋅ U Э. <\ Displaystyle U_ = - <\ dfrac <1-D>> \ cdot U_ > U_ = - <\ dfrac <D data-lazy-src=
Split-Pi-Converter на
английском языке :
Boost Buck Converter
Два накопительных дросселя
и конденсатор
Любое,
направление потока мощности по выбору
Split-Pi SMPS.svg
Каскадный повышающий-понижающий преобразователь
Английский :
Понижающий-повышающий преобразователь
Дроссель для хранения Любое,
направление потока мощности по выбору
Понижающий повышающий преобразователь.svg

Конвертер резонанса

Резонансные преобразователи представляют собой отдельный класс и делятся на две большие группы:

  • Для мощностей от 1 кВт и выше с целью минимизации потерь мощности во время процессов переключения в переключающих транзисторах. Эти резонансные преобразователи бывают двух вариантов, которые переключаются либо только когда напряжение пересекает ноль, либо только когда ток пересекает ноль. Путь передачи энергии, включающий в себя трансформатор, образует колебательный контур с дополнительными емкостями и индуктивностями, который определяет фиксированную частоту переключения для этих преобразователей.
  • Для очень компактных источников питания с малой мощностью в диапазоне нескольких 10 Вт, которые должны обходиться минимальным количеством компонентов и очень чувствительны к стоимости по конструкции. Преимущество в том, что вам не нужен собственный колебательный контур и управление с помощью дополнительных электронных компонентов. Примеры применения — источники питания для ламп с холодным катодом и энергосберегающихламп, также известных как инверторы .

Что общего у обеих групп, так это то, что нет необходимости в отдельном генераторе в импульсном источнике питания, но что передающие энергию компоненты, такие как трансформатор, который может присутствовать, являются частью резонансного контура.

Многофазный преобразователь

Здесь, в рамках вышеупомянутых концепций (топологий), несколько групп, каждая из которых состоит из переключателя с заданными индуктивностями, соединены параллельно, причем отдельные элементы управляются в фиксированной последовательности, но регулируются соответственно более сложным образом. Этот принцип известен из трехфазного тока . Количество фаз и звеньев ограничено только соответствующей конструкцией. Формирование группы служит для повышения производительности и беспрепятственного потока электроэнергии. Мертвая точка отдельных преобразователей заменяется другой из группы, работающей в противофазе.

Поэтому характеристики преобразователя меняются:

  • Повышение способности доставлять электроэнергию
  • Уменьшение остаточной пульсации (пульсации)
  • Снижение требуемых мощностей
  • Снижение интерференционного излучения за счет более низких частот переключения относительно силы выходного тока

В режиме серийной съемки

Пакетный режим — это режим работы некоторых цепей управления преобразователем; однако он не устанавливает свою собственную топологию. При низкой нагрузке за короткой последовательностью циклов преобразователя ( всплеск) следует пауза, в которой нагрузка питается исключительно от конденсатора выходного фильтра . Продолжительность паузы зависит от того, насколько быстро падает выходное напряжение, то есть от размера нагрузки. Как правило, эффективность преобразователей постоянного тока в постоянный уменьшается с уменьшением нагрузки, поскольку потери, не зависящие от нагрузки, становятся более значительными. Преимущество пакетного режима — более высокая эффективность при малых нагрузках, поскольку паузы хотя бы частично противодействуют потерям. Недостатки — это регулирование, которое иногда труднее интерпретировать, и, при определенных обстоятельствах, слышимые помехи.

Компоненты преобразователя DC / DC

Конденсаторы

Преобразователям постоянного / постоянного тока требуются конденсаторы с низким последовательным сопротивлением (ESR) в силовой части, чтобы поддерживать низкие потери и избыточное тепло, а также достаточный резерв напряжения, чтобы выдерживать возникающие пики напряжения. Для этой цели используются электролитические конденсаторы с низким ESR , а в последнее время — керамические конденсаторы . Кроме того, можно снизить ESR, подключив несколько конденсаторов параллельно.

Звуковые сигналы также могут возникать в керамических многослойных конденсаторах микросхемы (MLCC) с преобразователями постоянного напряжения на материнских платах в непосредственной близости от больших нагрузок, таких как главный процессор (ЦП) . В результате периодических низкочастотных колебаний нагрузки и продуктов интермодуляции их можно услышать в виде тонов, таких как свист или шипение, и они зависят от различных факторов, таких как структура преобразователя постоянного / постоянного тока и его рабочие параметры. Причина — слабые и в данном случае нежелательные пьезоэлектрические эффекты в керамических материалах, используемых в керамических конденсаторах, которые приводят к механическим колебаниям.

Источник

Преобразователи напряжения постоянного тока

Преобразователи напряжения постоянного тока Говоря о преобразовании электрической энергии, можно вспомнить разнообразные трансформаторы, генераторы, блоки питания различных бытовых приборов, зарядные устройства электронных гаджетов, сварочные инверторы и даже атомные электростанции. Во всех случаях в том или ином виде происходит преобразование электрической энергии. Можно сказать, что нас в повседневной жизни окружают разные виды электрических преобразователей, и трудно себе представить их полное отсутствие в современном мире.

Преобразователи напряжения постоянного тока получили особенно широкое распространение в последние двадцать лет. Это связано со стремительным развитием полупроводниковой промышленности и электроники в целом.

Высокочастотные импульсные преобразователи почти вытеснили с рынка блоки питания с низкочастотными трансформаторами, которые можно встретить теперь разве что в старых телевизорах и других старинных приборах, или в некоторых современных усилителях звуковой частоты.

Низкочастотный и высокочастотный трансформаторы

Высокочастотный трансформатор (или дроссель) имеет значительно меньшие габариты, чем низкочастотный трансформатор на железе, рассчитанный на работу от сети 50-60 Гц, именно поэтому импульсные блоки питания так компактны. Так или иначе, преобразователи напряжения постоянного тока все же содержат в своей конструкции трансформатор (или дроссель), но это уже совсем не тот тяжелый и шумный трансформатор.

Ассортимент современных DC-DC конвертеров (а именно так называются преобразователи постоянного напряжения в постоянное напряжение) достаточно широк. Давайте рассмотрим более подробно, какие именно бывают DC-DC конвертеры .

DC-DC конвертер

1. Миниатюрный регулируемый преобразователь

Этот крохотный понижающий преобразователь размером 43мм х 21мм, и другие подобные модели, стоят на китайских торговых площадках от одного доллара. Данный экземпляр работает на микросхеме LM2596 , и его выходные параметры могут регулироваться. На вход подается постоянное напряжение в диапазоне от 4,5 до 40 вольт, а на выходе получается постоянное напряжение от 1,3 до 35 вольт.

Максимальный ток, который можно получить от данного преобразователя составляет 3 ампера, однако в этом случае требуется радиатор, если же преобразователь используется без радиатора, средний ток не должен превышать 2 ампер. Эффективность такого преобразователя может достигать 92%.

LM2596

Данный преобразователь собран по топологии step-down (buck) converter, и на плате видны все его главные составные части: входной и выходной конденсаторы, дроссель, диод Шоттки, регулировочный резистор и сама микросхема в корпусе TO-263-5. На приведенной выше принципиальной схеме не изображен регулировочный резистор, но на плате он есть.

Без этого резистора схема не даст на выходе больше 5 вольт, однако если обратную связь снимать не напрямую с выходного конденсатора фильтра, а через делитель напряжения, который как раз и собран здесь с использованием этого регулировочного резистора, можно существенно расширить диапазон выходных напряжений, что и реализовано на данной плате.

Преобразователь напряжения постоянного тока

Сфера применения этих преобразователей ограничена лишь фантазией разработчика. Здесь и питание светодиодов, и зарядка различных портативных устройств, и многое другое.

Бывают и повышающие преобразователи такого типа, выполненные по топологии step-up (boost) converter.

http://electricalschool.info/spravochnik/eltehustr/1538-vidy-jelektricheskikh-kondensatorov.html

На приведенном изображении (красная плата) регулируемый повышающий преобразователь максимальной мощностью до 150 ватт (требуется дополнительное охлаждение), на вход которого можно подавать от 10 до 30 вольт, а на выходе получать от 12 до 35 вольт.

Как и в предыдущем примере, этот преобразователь имеет на выходе регулировочный резистор, который и отвечает за получение на выходе нужного значения напряжения. Управляющая микросхема расположена на обратной стороне платы. Сама плата имеет размер 65мм х 35мм. Стоимость такого преобразователя раза в 3 выше предыдущего примера.

Преобразователь постоянного тока

2. Водонепроницаемый блок питания

Этот блок питания имеет прочный литой водонепроницаемый корпус, залитый эпоксидным компаундом, что позволяет применять его как на транспорте, так и с любым другим оборудованием, где требуется надежность и безопасность. Преобразователь имеет защиту от пониженного напряжения, от перенапряжения, от короткого замыкания, и от перегрузок.

Диапазон входного напряжения в разных моделях весьма широк, и в данном примере от 9 до 24 вольт, при этом на выходе получаем 24 вольта с максимальным током 5 ампер (в данном примере). Размер корпуса на фото 75мм х 75 мм, высота 31мм. Стоимость таких преобразователей порядка 10 – 50 долларов, в зависимости от мощности.

Преобразователи такого типа производятся на мощность от 15 до 360 ватт, на входное напряжение до 60 вольт, и на выходное напряжение от 5 до 48 вольт. Они также весьма распространены на многочисленных торговых площадках.

Водонепроницаемый блок питания

3. Импульсный блок питания постоянного напряжения в кожухе

Обычно эти блоки питания изготавливают по схеме обратноходового, двухтактного или полумостового импульсного преобразователя. Они бывают на входное напряжение от 19 до 72 вольт и выше, а выход обычно от 5 до 24 вольт. Мощность преобразователей такого типа может достигать 1000 ватт. Размеры корпуса от 78мм х 51мм х 28мм до 295мм х 127мм х 41мм.

Такие блоки питания выпускаются многими фирмами-производителями, а их стоимость может доходить до нескольких сотен долларов. Довольно часто подобные блоки применяются для питания светодиодных лент. Они обладают возможностью точной подстройки выходного напряжения и имеют защиту от перегрузки.

Импульсный блок питания постоянного напряжения в кожухе

Есть на рынке аналогичные модели преобразователей с питанием напрямую от сети переменного тока, называемые AC-DC преобразователями , однако там все равно напряжение сети сначала выпрямляется, фильтруется, то есть делается постоянным, а только после преобразуется посредством стандартного высокочастотного преобразования и выпрямления в постоянное напряжение другого уровня, более низкого, то есть опять же использован модуль DC-DC конвертера .

AC-DC преобразователь

В отличие от других конвертеров, преобразователи с питанием от сети переменного тока обязательно имеют гальваническую развязку вторичной обмотки высокочастотного импульсного трансформатора от первичной . Как правило, цепь обратной связи в таких блоках развязана с применением оптопары. Справедливости ради нужно отметить, что маломощные блоки такого типа бывают и в бескорпусном исполнении.

DC-DC конвертор для монтажа на печатную плату

4. DC-DC конвертор для монтажа на печатную плату

Эти миниатюрные блоки питания обладают мощностью от 0,25 до 100 ватт. Они допускают разброс входного напряжения: 3-3,6В, 4,5-9В, 9-18В, 13-16,6В, 9-36В, 18-36В, 18-72В, 36-72В, и 36-75В. В зависимости от фирмы – производителя диапазоны питающих напряжений могут отличаться. Некоторые преобразователи допускают регулировку выходного напряжения и перевод блока в режим ожидания. Стандартный же ряд выходных напряжений блоков: 5В, 12В, 15В.

DC-DC конвертеры для монтажа на печатную плату имеют электрически прочную изоляцию (1500 В), а максимально допустимая температура может достигать 90 градусов по Цельсию. Наибольший интерес для разработчиков представляют преобразователи мощностью 3 ватта. Стоимость таких конвертеров – от единиц до десятков долларов.

У всех современных промышленных импульсных DC-DC преобразователей значение рабочей частоты лежит выше 50кГц, и достигает 300кГц. Это утверждение справедливо для импульсных трансформаторов и дросселей на феррите, поскольку для применяемых в описанных преобразователях трансформаторов и дросселей везде задействованы именно ферритовые сердечники.

Выпускаемые промышленностью специализированные интегральные микросхемы для импульсных преобразователей очень часто имеют строго установленную частоту, которая всегда выше 50кГц. Если используется ШИМ контроллер , то соответствующая частота задается внешними компонентами.

Источник

Тиристорный преобразователь постоянного тока

Для выравнивания переменного тока в постоянный требуется использование специальных устройств. Тиристорный преобразователь частоты для индукционного нагрева применяется в различных областях промышленности для регулирования напряжения и прочих параметров электрической энергии.

Принцип работы и конструкция

Для преобразования нагрузки может использоваться тиристорный или транзисторный высоковольтный преобразователь на базе IGBT. Тиристорный частотный преобразователь (ТП, ТПР или ТПЧ) – это электрическое устройство для преобразования переменного тока в постоянный, регулирования его уровня и прочих характеристик. С его помощью можно уравнивать различные параметры электрических редукторов: скорость вращения в момент пуска, угол и прочие.

Фото — тиристорный уравнитель

Тиристорный преобразователь применяется для двигателя постоянного тока (ДПТ) вместе с системой автоматического регулирования (FR A700 в Mitsubishi Electric, Siemens Simoreg DC Master, Omron Yaskawa). Он имеет очень широкую область применения благодаря своим достоинствам:

  1. Высокий показатель КПД – до 95 % (к примеру, у модели ПН-500);
  2. Широкий спектр контроля. Его можно использовать для двигателя с мощностью от десятых киловатта до нескольких мегакиловатт;
  3. Способность выдерживать сильные импульсные нагрузки при включении электродвигателя в сеть;
  4. Высокие показатели надежности и долговечности;
  5. Точность в работе.

Но у такой системы есть определенные недостатки. В первую очередь – это низкий коэффициент мощности, который проявляется при глубоком регулировании производственных процессов. Компенсировать его можно при помощи дополнительных устройств. Кроме этого, мощный преобразователь вызывает помехи в электрической сети, что сказывается на работе чувствительного электро- и радиооборудования.

  1. Трансформатор или реактор;
  2. Выпрямительные блоки;
  3. Дополнительный реактор, сглаживающий преобразование;
  4. Система защиты оборудования от перенапряжений.

Большинство современных преобразователей подключаются к трансформатору через реактор. Трансформатор в этой схеме является согласующим звеном между входящим и выходным напряжением, он уравновешивает разницу между ними. Помимо него, электросхема также включает в себя специальный сглаживающий реактор. Этот прибор необходим для нейтрализации определенных пульсаций, возникающих при выпрямлении и изменении типа тока. Но система не всегда включает в себя реактор, т. к. при достаточной индуктивности асинхронного двигателя в нем нет необходимости.

Агрегат пропускает через автономный инвертор (расположенный во входящем звене) первичную нагрузку. Они попадают в выпрямляющие блоки, установленные в выходном звене. Для подключения других индукционных потребителей используются специальные шины, которые помогают выравнивать питание в целой группе устройств.

Такой преобразователь бывает низкочастотный и высокочастотный. В зависимости от потребных частот и имеющихся параметров электричества подбирается нужная модель. Нужно отметить, что в станках, где используется трехфазный ток, применяется другой тип подключения. Однофазный переносит воздействия и преобразования, в то время как на преобразовании трехфазного тока теряется КПД.

преобразовательный пункт

Фото — преобразовательный пункт

Система используется в плавке металлов, сварочных работах, контроле кранового механизма и многих других производственных и технологических процессах. Применение такого принципа работы позволяет реализовать систему генератор-двигатель без использования генератора. Благодаря этому производится широкая регулировка частот вращения шпинделя даже на самых малых скоростях, настраиваются механические и другие характеристики электропривода и прочие параметры.

Разработка

Электрическая схема тиристорный преобразователь-двигатель (к примеру, КТЭ) для плавного переключения может быть двух видов:

  1. Однофазной;
  2. Многофазной.

В зависимости от типа исполнения варьируются соотношения расчетных единиц и принципы работы преобразователя.

нулевая схема трехфазного преобразованияФото — нулевая схема трехфазного преобразования

На этом чертеже схематически показано изменение электрической энергии при работе тиристорного преобразователя в режиме выпрямителя и инвертора. В то же время, для мостовой схемы можно сделать такую же диаграмму, но только состоящую из двух нулевых. Именно она наиболее часто используется при проектировании преобразователя для станочного оборудования. Это происходит из-за того, что исходное фазовое напряжение в ней в два раза превышает фазовой напряжение (Udo) в нулевой схеме работы.

питание

Фото — питание

Однофазная схема используется для контроля питания и работы привода машин с высоким индуктивным сопротивлением. Она работает в пределах мощности от 10 кВт до 20, намного реже – при больших мощностях. К примеру, подойдет для электрической печи, домашнего станка.

однолинейная схема

Фото — однолинейная схема

Трехфазная используется для оборудования, где требуется от 20 кВт для работы. К примеру, для синхронных приводов, двигателя крана и экскаватора. Еще одной популярной многофазной схемой контроля является шестифазная (Кемрон). Её проект предусматривает использование в конструкции уравнительного реактора, который направлен на контроль низкого напряжения и высокого тока. Этот силовой электрический прибор пропускает и преобразовывает электрическую энергию параллельным путем, а не последовательным (как большая часть аналогичных устройств). Его более сложно разработать своими руками, но степень надежности и эффективности значительно больше, нежели у однофазного тиристорного преобразователя. Но такой реверсивный контроллер имеет серьезный недостаток – его КПД менее 70 %.

Своими руками можно сделать собственный преобразователь, но многое зависит от используемой базы. Внизу дана схема, разработанная на основе Micro-Cap 9. Главной особенностью этой модели является необходимость в совместном моделировании различных узлов.

Схема тиристорного уравнителя

Фото — Схема тиристорного уравнителя

Видео: как работают тиристорные преобразователи

Техническое описание и обзор цен

Характеристики тиристорных преобразователей зависят от типа их исполнения и функциональных особенностей.

Параметры ТПЧ 320 800
Выходная мощность, кВт 320 800
Максимальная полная мощность, кВ-А 640 1250
Частота, Гц 50 50
Входящее напряжение, В 380 500
Максимальный ток, А 630 1000
КПД, % 94 94
Выходное напряжение, В 800 1000
Номинальный ток, А 400
Максимальный ток, А 800
Входящее напряжение, В 460
Габаритные размеры, мм 800x775x1637

ЭПУ-1-1-3447Е УХЛ4 (производитель заявляет, что этот преобразователь может работать в сложных условиях, повышенной пыльности и влажности):

Номинальный ток, А 25
Максимальный ток, А 100
Входящее напряжение, В 380

Но тиристорные преобразователи продаются не только по одной единице, но и в виде выпрямляющих комплексов (КТЭУ). Если единичный уравнитель при поломке нуждается в полном ремонте или демонтаже, то у комплекса производится замена вышедшего из строя оборудования. Такие системы используются как в приводах станков, так и в ЭКТ (комплектных тиристорных электроприводах).

Рассмотрим, какова цена тиристорного преобразователя ABB DCS400:

Город Цена, у. е.
Москва 100
Санкт-Петербург 100
Челябинск 95
Воронеж 98
Самара 95
Новосибирск 95
Ростов-на-Дону 98

Купить устройство можно в любом магазине электрических товаров, прайс-лист зависит от характеристик и типа исполнения.

Источник



Преобразователи частоты со звеном постоянного тока

Преобразователи частоты (ПЧ) со звеном постоянного тока имеют в своем составе выпрямитель и инвертор. Выпрямитель преобразует электрическую энергию переменного тока в электрическую энергию постоянного тока, а инвертор преобразует электрическую энергию постоянного тока в электрическую энергию переменного тока. Очевидным достоинством ПЧ со звеном постоянного тока является независимость частоты выходного напряжения на выходе ПЧ от частоты питающей сети.

Рисунок 46. ПЧ с управляемым выпрямителем и инвертором напряжения

Рисунок 47. ПЧ с управляемым выпрямителем и инвертором тока

ПЧ со звеном постоянного тока могут выполняться по схеме с инвертором напряжения (рисунок 46) и с инвертором тока (рисунок 47). Регулирование частоты выходного напряжения ПЧ осуществляется путем изменения частоты переключения полупроводниковых ключей (транзисторов или полностью управляемых тиристоров) автономного инвертора. Величина выходного напряжения в этих схемах может регулироваться путем регулирования величины выходного напряжения управляемого выпрямителя (этот способ называется амплитудным способом).

В настоящее время в большей мере находит применение широтно – импульсный метод регулирования выходного напряжения инвертора, реализуемый путем применения соответствующего алгоритма управления вентилями автономного инвертора. Выпрямитель в этом случае выполняется неуправляемым.

Следует напомнить, что расчетные соотношения, устанавливающие связь между напряжением цепи постоянного тока инвертора напряжения и напряжением переменного тока на выходе инвертора приведены в разделе «инверторы напряжения».

Для обеспечения генераторного режима работы нагрузки ПЧ (электрической машины) необходимо обеспечить перевод управляемого выпрямителя в режим зависимого инвертирования. Поскольку тиристоры управляемого выпрямителя обладают односторонней проводимостью, в режиме инвертирования необходимо изменить полярность напряжения в цепи постоянного тока ПЧ. Схема ПЧ с инвертором напряжения (рисунок 46) содержит в цепи постоянного тока L-C сглаживающий фильтр. Поскольку полярность напряжения на конденсаторе фильтра изменять нельзя, управляемый выпрямитель в этой схеме ПЧ не может быть переведен в режим инвертирования.

ПЧ с инвертором тока содержит в цепи постоянного тока индуктивный фильтр, поэтому в этой схеме ПЧ нет никаких препятствий для перевода управляемого выпрямителя в режим зависимого инвертирования.

Как уже было показано выше, из-за наличия во входной цепи инвертора дросселя со значительной индуктивностью пульсации входного тока пренебрежимо малы. Полупроводниковые ключи автономного инвертора, поочередно переключаясь, распределяют входной ток по фазам нагрузки. Ток каждой фазы нагрузки имеет прямоугольно- ступенчатую форму, причем форма тока не зависит от нагрузки и ее характера. Таким образом действующее значение тока нагрузки можно определить по известному (из раздела «выпрямители») соотношению

а первая гармоника этого тока

Напряжение на выходе автономного инвертора тока и его форма определяются нагрузкой и ее характером. Действующее значение первой гармоники напряжения фазы нагрузки можно определить из условия баланса мощностей, потребляемого инвертором и нагрузки. При пренебрежении потерями мощности на элементах схемы можно записать

Uф(1) и Iф(1)— действующие значения первых гармоник напряжения и тока нагрузки;

φнг(1)— угол сдвига между первыми гармониками напряжения и тока нагрузки.

Из (115) с учетом (114) получим

Таким образом, напряжение на нагрузке при постоянстве напряжения источника питания не сохраняется постоянным, а изменяется приблизительно обратно пропорционально коэффициенту мощности нагрузки. Если нагрузкой преобразователя является асинхронный двигатель, то изменение момента нагрузки на ее валу приводит к существенному изменению напряжения на ее обмотке статора, что в большинстве случаев недопустимо, поэтому в практических схемах преобразователей частоты с автономным инвертором тока необходимо использовать различные обратные связи для стабилизации напряжения на двигателе или регулирования его величины по заданному закону с целью обеспечения необходимого магнитного потока машины.

ПЧ с инвертором тока мощностью более 30-40 кВт на практике не нашли широкого применения из-за необходимости установки в цепи постоянного тока дросселя с очень большой индуктивностью, что существенно увеличивает не только объем преобразователя, но и его стоимость.

Для электроприводов переменного тока, у которых случаи рекуперации электрической энергии в питающую сеть достаточно редки, возможно применение схемы ПЧ, приведенной на рисунке 48. В этой схеме энергия нагрузки, рекуперируемая в цепь постоянного тока, рассеивается на балластном сопротивлении Rб при включении транзистора VT. Транзистор VT, который часто называют чопером, включается сигналом системы управления в том случае, когда напряжение на конденсаторе фильтра С повышается выше заранее установленного предела. В свою очередь повышение напряжения на конденсаторе С происходит при переходе нагрузки в генераторный режим. Совершенно очевидно, что при частых переходах электропривода в генераторный режим, мощность, рассеиваемая на балластном сопротивлении, существенно возрастает, а КПД установки в целом уменьшается. Невзирая на этот факт, можно найти примеры реализации этой схемы при мощности нагрузки до единиц меговатт.

Рисунок 48. Преобразователь частоты с рекуперацией электрической энергии в цепь чоппера

Универсальной схемой для электроприводов большой мощности является схема ПЧ, приведенная на рисунке 45, которая содержит в своем составе кроме управляемого выпрямителя, инвертора напряжения, моста вентилей обратного тока еще и зависимый инвертор, вход которого подключен к выходу моста вентилей обратного тока, а выход – к сети переменного тока, питающей управляемый выпрямитель. Эта схема ПЧ позволяет обеспечить работу электропривода во всех четырех квадрантах механической характеристики, охватывающих двигательный и генераторный режимы работы электрической машины, как при отстающем, так и при опережающем характере тока нагрузки. Эта схема наиболее предпочтительна для электроприводов с частыми пусками, торможениями и реверсами. Примером такого электропривода может быть электропривод грузоподъемных механизмов — строительных кранов, портальных кранов и так далее.

Расчетные соотношения, необходимые для выбора элементов преобразователя частоты, выполненного по этой схеме, приведены в разделах «выпрямители», «зависимые инверторы», «сглаживающие фильтры» и «инверторы напряжения».

Рисунок 49. Преобразователь частоты с рекуперацией электрической энергии в питающую сеть через зависимый инвертор

Число каскадов силовой схемы преобразователя частоты со звеном постоянного тока, способного рекуперировать электрическую энергию в питающую сеть может быть сокращено, если на входе преобразователя частоты установить активный выпрямитель. Схема будет иметь вид, приведенный на рисунке 46, но вместо управляемого выпрямителя должен стоять активный выпрямитель, а инвертор напряжения должен работать в режиме широтно- импульсной модуляции выходного напряжения и регулировать величину и частоты выходного напряжения. Перевод активного выпрямителя из режима выпрямления в режим инвертирования происходит практически автоматически при увеличении напряжения цепи постоянного тока преобразователя выше той величины, которая получается при выпрямлении напряжения сети переменного тока, питающей преобразователь, диодами обратного тока, включенными параллельно каждому транзистору активного выпрямителя.

Это напряжение цепи постоянного (Ud) легко определить, если известно номинальное значение напряжения фазы питающей сети (Uф с) и определена схема выпрямителя, а именно: ее коэффициент преобразования схемы (kсх). Действительно,

Источник

Читайте также:  Рассчитать ток плавкой вставки предохранителя для защиты электрической сети если в жилом доме