Максимов новые источники и преобразователи электрической энергии

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НА ОСНОВЕ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ДЛЯ ИНТЕГРАЦИИ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ЭНЕРГЕТИКУ РОССИИ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Авдеев Борис Александрович, Вынгра Алексей Викторович

Рассмотрен вопрос интеграции возобновляемых источников электроэнергии (ВИЭ) в региональные системы электроснабжения с применением полупроводниковых преобразователей. Спроектирована имитационная модель преобразователя постоянного тока с инвертором и двухконтурной системой управления. В результате моделривания исследована работа преобразователя при изменении нагрузки и при изменении входного напряжения с аккумуляторов ВИЭ. Результаты моделирования показали высокую эффективность преобразования постоянного напряжения аккумуляторных батарей ВИЭ в переменное напряжение сети.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

CONVERTERS BASED ON SOLID STATE TRANSFORMERS FOR INTEGRATION OF RENEWABLE ELECTRICITY SOURCES IN THE POWER INDUSTRY OF RUSSIA

The issue of integration of renewable energy sources (RES) into regional power supply systems using semiconductor converters is considered. A simulation model of a DC converter with an inverter and a two-loop control system has been designed. As a result of modeling, the operation of the converter was studied when the load changed and when the input voltage from the renewable energy batteries changed. The simulation results showed a high efficiency of converting the DC voltage of RES batteries into the AC voltage of the network.

Текст научной работы на тему «ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НА ОСНОВЕ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ДЛЯ ИНТЕГРАЦИИ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ЭНЕРГЕТИКУ РОССИИ»

Losev Fedor Alexeevich, candidate of technical science, associate professor, fe-dor_los@mail.ru, Russia, Tyumen, Industrial University of Tyumen,

Kopyrin Vladimir Anatolevich, candidate of technical science, associate professor, kopy-rinva@,tyuiu.ru, Russia, Tyumen, Industrial University of Tyumen,

Kudryashov Ruslan Apollonovich, candidate of technical science, associate professor, kudr-jashovra@,tyuiu.ru, Russia, Tyumen, Industrial University of Tyumen

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НА ОСНОВЕ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ДЛЯ ИНТЕГРАЦИИ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

В ЭНЕРГЕТИКУ РОССИИ

Б.А. Авдеев, А.В. Вынгра

Ключевые слова: неизолированный преобразователь постоянного тока, инвертор, региональные сети электроснабжения, возобновляемые источники электроэнергии.

Электроэнергетика России, хотя и является наиболее из старейших отраслей промышленности, переживает существенные изменения, связанные с использованием не только новых технологий, но и идеологий построения и развития, объединяя традиционную (теплоэлектростанции, газотурбинные электростанции, и др.) и нетрадиционную энергетику (возобновляемые источники электроэнергии, атомные электростанции, атомные станции малой мощности и др.) в составе централизованных и локальных энергосетей, переходя от автоматизации в виде автоматизированных систем управления трансформаторными подстанциями (АСУТП) к циф-ровизации, а затем к нейронным сетям, от стационарных к модульным (контейнерным) подстанциям в виде цифровых подстанций и электростанций [1-2].

В настоящее время происходит масштабное развитие внедрения альтернативной энергетики в региональные сети электроснабжения. Особое внимание использованию ветроэнергетики и солнечной энергетики обусловлено исполнением Указа Президента Российской Федерации от 7 мая 2018 г. № 204 «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года» [1]. 15 пункт Указа предусматривает разработку и утверждение комплексного плана модернизации и расширения магистральной инфраструктуры, предусматривающий обеспечение к 2024 году доступной электроэнергией, а также развития распределенной генерации, в том числе на основе возобновляемых источников энергии, в первую очередь в удаленных и изолированных энергорайонах.

Проблемы интеграции солнечных и ветряных электростанций в сети электроснабжения. Одним из важнейших аспектов внедрения альтернативной энергетики является вопрос эффективной интеграции мощности постоянного тока альтернативных источников в централизованные региональные сети переменного тока [2-3]. Интеграция происходит путем применения полупроводниковых сетевых инверторов. Типовые схемы инвертирования подразделяются на два типа — струнные схемы, в которых реализовано параллельное подключение элементов питания на общую линию инвертором и схемы с микроинверторами, в которых преобразование в переменный ток происходит непосредственно на каждом элементе питания [4]. Преимуществами струнных схем является простота обслуживания, так как в схеме присутствует только один инвертор на линии, однако это снижает надежность схемы. Большое количество

микроинветоров повышает стоимость обслуживания установки, но при выходе из строя одного из них схема позволит продолжить передачу электроэнергии в сеть. Отличительной особенностью обоих типов схем является наличие выходного силового повышающего трансформатора, являющимся основным элементом интеграции. Из-за применения таких трансформаторов возникает проблема точного регулирования напряжения и эффективного распределения мощности, так амплитудное значение синусоиды первичной обмотки зависит от напряжения заряда аккумуляторных батарей и редко регулируется.

Проектирование модели преобразователя в Simulink с добавлением неизолированного повышающего преобразователя постоянного тока. Рассмотрена схема интеграции ВИЭ в региональные сети электроснабжения с возможностью регулирования мощности и напряжения. Такая топология преобразователя может применяться в обоих вышеописанных схемах интеграции — и в качестве мощного струнного преобразователя, и в качестве микропреобразователя. На рис. 1 приведена структурная схема устройства, включающего в себя неизолированный регулируемый повышающий преобразователь тока, двойной активный мост с высокочастотным трансформатором и выходной инвертор. Питание схемы происходит с аккумуляторных батарей ВИЭ, для двойного активного моста и инвертора используются отдельные генераторы сигнала с широтно-импульсной модуляцией [5].

возобновляемых . „ Генератор ШРМ

Генератор иРМ моста источников инвертора

Неизолированный сс ос К нагрузке

преобразователь Двойной активный мост Инвертор

Входное напряжение инвертора

Рис. 1. Структурная схема исследуемого преобразователя

Для проверки работоспособности схемы и определения ее возможностей спроектирована имитационная модель устройства в программе МАТЬАВ/8шшНпк (рис.2) [6].

Рис. 2. Имитационная модель преобразователя

Принцип работы устройства заключается в поэтапном повышении постоянного напряжения до амплитудного значения напряжения сети 220 В (до 310,2 В) с возможностью двухуровневого регулирования и дальнейшего инвертирования. В звеньях постоянного тока предусмотрены сглаживающие конденсаторы. Двухуровневое регулирование производится путем изменения коэффициента заполнения ШИМ сигнала неизолированного преобразователя

или смещением фазы ШИМ двойного активного моста. Регулирование выходного напряжения является возможным и при увеличении нагрузки, и при изменении входного напряжения с аккумуляторных батарей, что обеспечивает гибкость работы системы при различных внешних воздействиях, таких как резкий сброс потребляемой мощности, подключение мощной нагрузки или выход из строя части накопительных или генерирующих элементов. Однако, двухуровневая система управления требует наличие точной настройки параметров и высокую скорость обработки данных с датчиков, что усложняет ее реализацию.

Расчет преобразователя и проектирование системы управления. Для упрощения работы системы управления в модели используется только управление неизолированным преобразователем постоянного тока. Преобразователь имеет линейную зависимость выходного напряжения и еых от коэффициента заполнения ШИМ сигнала В на основном транзисторе:

где Цех — входное напряжение преобразователя, снимаемое с аккумуляторов возобновляемых источников электроэнергии (ВИЭ), В.

Чтобы определить параметры катушки, необходимо рассчитать наибольший коэффициент заполнения ШИМ Для вычисления используем наименьшее входное напряжение иех(мин) и наибольшее выходное напряжение иех(макс):

Коэффициент пульсаций тока катушки может варьироваться от 20% до 50%, и вычисляется по формуле:

Ы, _ (30 — 50)% —, 1 — В

где 1еых — выходной ток, выбираемый в зависимости от требуемой мощности преобразователя, А.

Минимальное значение индуктивности катушки, при котором ток катушки не будет превышать заданный коэффициент пульсаций:

где / — частота ШИМ сигнала преобразователя, Гц.

Для сглаживания пульсаций выходного напряжения преобразователя используется конденсатор, минимальная емкость которого определяется следующим образом

где — ип — амплитуда пульсаций выходного напряжения, В.

Управление производится по обратной связи по выходному амплитудному напряжению (напряжению заряда выходного конденсатора) двойного активного моста, с помощью ПИ-регулятор. Подсистема регулирования приведена на рис. 3 [7,8].

РКг) Регулятор тока

Рис. 3. Регулятор выходного напряжения преобразователя

Для генерации ШИМ сигнала управления используется блок PWM. Сигнал на нижний транзистор поступает в противофазе без мертвого времени.

Результаты моделирования. При моделировании исследовалась работа преобразователя при изменении нагрузки и при изменении входного напряжения с аккумуляторов ВИЭ. В первом случае (рис. 4), при подключении нагрузки, составляющей половину расчетной мощности преобразователя, наибольший провал напряжения составил 20%, что является довольно высоким значением, а переходный процесс длился 0,6 с. Такие результаты обусловлены непрямой работой регулятора — изменение скважности сигнала ШИМ неизолированного ППТ происходит по данным выходного значения напряжения двойного активного моста [9].

Рис. 4. Провал напряжения при подключении нагрузки

При изменении входного напряжения преобразователя от аккумулятора ВИЭ в пределах 10 % от номинального изменения выходного напряжения так же составили не более 10%. Однако, следует отметить, что при повышении напряжения аккумулятора заброс выходного напряжения значительно больше (рис. 5), чем при провале входного напряжения. Это связано с наличием большой емкости в звеньях преобразователя.

Рис. 5. Результаты моделирования при изменении входного напряжения

Моделирование показало, что схема применима для обеспечения интеграции ВИЭ в региональные сети электроснабжения. Недостатками приведенной схемы являются высокие импульсные токи неизолированного преобразователя, которые могут негативно повлиять на аккумуляторы ВИЭ.

Заключение. Недостатками существующих устройств интеграции ВИЭ в региональные сети электроснабжения являются их низкая гибкость по управлению при изменении входного напряжения. Одним из возможных путей решения этой проблемы является применение интеллектуальных систем преобразования постоянного тока, таких как твердотельный трансформатор на основе двойного активного моста и неизолированного повышающего преобразователя постоянного тока. Моделирование работы предложенной схемы показало возможность применения ее для интеграции ВИЭ в региональные сети электроснабжения. Преобразователь

обладает некоторыми преимуществами, включая широкий диапазон регулирования напряжения и устойчивость к броскам и провалам входного напряжения. Недостатками же являются большие импульсные токи, проявляющиеся при работе входного ППТ.

Работа выполнена при поддержке Гранта Президента РФ молодым учёным кандидатам наук МК-5450.2021.4.

1. Указ Президента РФ 7 мая 2018 г. № 204 «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года» // Собрание законодательства РФ, 14.05.2018, № 20, ст. 2817.

2. Ратнер П.Д. Моделирование интеграции ВИЭ в энергосистему: обзор программных комплексов // Управление инновациями — 2016: Материалы международной научно-практической конференции. Москва, 14-16 ноября 2016 года / Под редакцией Р.М. Нижегород-цева, Н.П. Горидько. Москва: Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, 2016. С. 198-203.

3. Тягунов М.Г. Цифровизация и управление в распределенных энергетическихсисте-мах с ВИЭ // Цифровая энергетика: новая парадигма функционирования и развития: Сборник статей круглого стола, Санкт-Петербург, 26 июня 2019 года / Под редакцией Н.Д. Рогалева. Санкт-Петербург: Национальный исследовательский университет «МЭИ», 2019. С. 187-203.

4. Особенности использования ВИЭ и факторы, препятствующие развитию ВИЭ в России / А. А. Каграманова, Р. Р. Арушанян, А. Р. Декусарова [и др.] // Referatotech: материалы II Международной научно-практической конференции: в 2 т., Краснодар, 23 октября 2021 года / Кубанский государственный технологический университет, Институт нефти, газа и энергетики. Краснодар: Общество с ограниченной ответственностью «Издательский Дом — Юг», 2022. С. 234-238.

5. Авдеев Б.А., Вынгра А.В. Использование нейронных сетей в системах управления интеллектуальными сетями электроснабжения // Состояние и перспективы развития современной науки по направлению «АСУ, информационно-телекоммуникационные системы»: Сборник статей III Всероссийской научно-технической конференции, Анапа, 22-23 апреля 2021 года. Анапа: Федеральное государственное автономное учреждение «Военный инновационный технополис «ЭРА», 2021. С. 80-84.

6. Авдеев Б.А. Комплексные решения интеграции постоянного и переменного токов в адаптивных интеллектуальных распределительных сетях с помощью твердотельного трансформатора // Энергобезопасность и энергосбережение. 2022. № 3. С. 15-20. DOI 10.18635/20712219-2022-3-15-20. EDN IFMLDV.

7. Avdeev B.A., Vyngra A.V. The Use of Solid-State Transformers As Part of Smart Grids // 2021 4th International Youth Scientific and Technical Conference Relay Protection and Automation, RPA 2021: 4, Moscow, 21-22 октября 2021 года. Moscow, 2021. DOI 10.1109/RPA53216.2021.9628424.

8. Абрамов С.В., Тимофеев А.В. Повышающий импульсный преобразователь с упрощенным токовым контуром // Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем: материалы XIV Всероссийской научно-технической конференции, Чебоксары, 04 июня 2021 года. Чебоксары: Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова, 2021. С. 193-199. EDN XDEJSP.

9. Кочетков В.А., Лустгартен М.Ю., Собченко М.И., Ухандеев В.И. Синтез и моделирование цифрового контроллера неизолированного импульсного повышающего преобразователя // Электронные информационные системы. 2022. № 2(33). С. 30-39. EDN GXJERJ.

Авдеев Борис Александрович, канд. тех. наук, доцент, dirigeant@mail. ru, Россия, Керчь, Керченский государственный морской технологический университет,

Вынгра Алексей Викторович, преподаватель, elag1995@gmail.com, Россия, Керчь, Керченский государственный морской технологический университет

CONVERTERS BASED ON SOLID STATE TRANSFORMERS FOR INTEGRATION OF

RENEWABLE ELECTRICITY SOURCES IN THE POWER INDUSTRY OF RUSSIA

B.A. Avdeev, A.V. Vyngra 480

Key words: non-isolated DC converter, inverter, regional power supply networks, renewable energy sources.

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Avdeev Boris Aleksandrovich, candidate of technical sciences, docent, dirigeant@mail.ru, Russia, Kerch, Kerch state maritime technological university,

Vyngra Aleksei Viktorovich, lecturer, elag1995@gmail.com, Russia, Kerch, Kerch state maritime technological university

ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА УПРАВЛЯЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРИ ОРГАНИЗАЦИИ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

И.М. Казымов, Б.С. Компанеец, Д.А. Боярков, И.И. Михайлов

Цель данного исследования заключается в обосновании выбора управляющего воздействия на электрооборудование при организации технического обслуживания и ремонта. В основе данного исследования находится анализ применяемых подходов к организации ремонта электрооборудования. Исследование показало, что применение комплексного подхода к определению объёма управляющего воздействия в риск-ориентированных системах управления техническим обслуживанием и ремонтом приводит к повышению результативности выполнения ремонтных работ. Разработанный алгоритм принятия решений позволяет значительно упростить организационную часть процесса формирования ремонтных программ организаций электросетевого комплекса за счёт формализации процесса принятия решений.

Ключевые слова: техническое обслуживание и ремонт, система электроснабжения, электрическая сеть, алгоритм принятия решений, риск-ориентированный подход, ремонт электрооборудования.

Организация технического обслуживания и ремонта — основное направление деятельности электросетевых организаций, оказывающих услуги по передаче электрической энергии по электрическим сетям. Необходимость поддерживать имеющееся электросетевое оборудование в работоспособном состоянии для обеспечения возможности осуществления основной деятельности компании [1, 2].

Поддержание электрооборудования в исправном состоянии выполняется путём периодического технического обслуживания и ремонта (ТОиР). При этом для различных систем организации ТОиР объём, периодичность и форма управляющих воздействий могут отличаться.

В настоящее время различают следующие основные виды организации технического обслуживания и ремонта [3-5]:

— ремонт по фактическому состоянию (по фактическому выходу из строя);

— ремонт исходя из оценок риск-ориентированного подхода.

В системах планово-предупредительного подхода к организации ТОиР виды управляющих воздействий, частота их применения и объём выполняемых работ строго регламентированы и обеспечивают поддержание оборудования в работоспособном состоянии с достаточной степенью предсказуемости при нормальном течении эксплуатации. При этом в случае улучшения условий эксплуатации возникает риск выполнения работ, не требующихся фактически и

Максимов новые источники и преобразователи электрической энергии

7. Преобразователи и инверторы

7.1. Общие сведения о статических преобразователях

Современные требования потребителей электрической энергии по качеству, уровню напряжения, роду тока вызывают необходимость применения специальных устройств – преобразователей постоянного напряжения (ППН) или тока. Ранее такие преобразователи строились на базе вращающихся электрических машин («мотор-генераторов») различных модификаций. Начиная с середины 50 х годов, когда появились мощные транзисторы и теоретически были изучены особенности их работы в режиме переключения, появились первые разработки транзисторных статических преобразователей электрической энергии постоянного тока на самые различные мощности, уровни входных и выходных напряжений и частот. По сравнению с электромашинными преобразователями транзисторные преобразователи электрической энергии обладают следующими преимуществами:

— сокращение в (5÷10) раз времени готовности устройства (до долей секунды);

— уменьшение уровня акустических шумов;

— исключение гироскопического эффекта;

— повышение устойчивости к механическим воздействиям;

— повышенное значение коэффициента полезного действия;

— малые объем, масса;

— большие эксплуатационная надежность и срок службы.

7.2. Структурные схемы статических преобразователей

7.2.1. Структурная схема статического преобразователя на основе инвертора

Инвертором называется устройство, которое преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока высокой частоты. Структурная схема статического преобразователя на основе инвертора изображена на рис. 7.1.

Рис. 7. SEQ Рисунок \* ARABIC 1 Структурная схема статического преобразователя на основе инвертора

Процесс преобразования напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока называется инвертированием, а устройство, осуществляющее это преобразование, — инвертором. Отсюда инвертирование – преобразование, обратное выпрямлению. На схеме рис. 7.1а показано, что постоянное напряжение от первичного источника питания (ПИП) подается на инвертор (И) и с выхода инвертора переменное напряжение высокой частоты подается на потребителя (П). В схеме инвертора рис. 7.1б преобразуется постоянное напряжение U₁ с частотой f₁ = 0 в переменное напряжение U₂ с частотой f₂ > 0. В зависимости от схемотехнических решений инвертора выходное напряжение может иметь различную форму (рис. 7.1б): прямоугольную форму (меандр); ступенчатую – с пониженным содержанием определенных гармоник (квазисинусоида); форму близкую к синусоидальной. В общем случае инвертор может быть управляемым (регулируемым), как показано на рис. 7.1б.

7.2.2. Структурная схема статического преобразователя частоты

Если напряжения преобразуемого и преобразованного токов имеют различные, но отличные от нуля частоты, то такой процесс называется преобразованием частоты, а соответствующие устройства называют преобразователями частоты. В системах электрического питания преобразователи обычно повышают частоту, а их структурная схема представлена на рис. 7.2.

Рис. 7.2 Структурная схема статического преобразователя частоты

В преобразователе частоты рис. 7.2а напряжение переменного тока первичного источника питания (ПИП) частоты f₁ предварительно выпрямляется в выпрямительном устройстве (ВУ), содержащем вентильную группу (В) и сглаживающий фильтр (Ф), а затем подается на инвертор (И), который инвертирует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока требуемой частоты f₂ ≠ f₁. На рис. 7.2б показана процедура преобразования, и в общем виде можно обозначить функциональным узлом, на входе которого действует напряжение U₁ частоты f₁, а на выходе – напряжение U₂ частоты f₂ > f₁.

Системы электрического питания с преобразователем частоты называют системами с бестрансформаторным входом.

7.2.3. Структурная схема статического преобразователя на основе конвертора

В ряде случаев требуется преобразовать напряжение постоянного тока одного значения в напряжение постоянного тока другого значения (обычно более высокого) при минимальных потерях электрической энергии. Такой процесс называется конвертированием, а устройства преобразования – конверторами. Таким образом, конвертирование можно рассматривать как трансформацию напряжений постоянных (то есть имеющих нулевую частоту) токов. Структурная схема конвертора представлена на рис. 7.3.

Рис. 7.3 Структурная схема конвертора

В конверторе рис. 7.3а напряжение постоянного тока первичного источника питания (ПИП) предварительно преобразуется в напряжение переменного тока высокой частоты в инверторе (И), затем изменяется трансформатором ( Тр ) до необходимого значения, выпрямляется вентильной группой (В). После подавления пульсаций выпрямленного напряжения с помощью сглаживающего фильтра (Ф) получается требуемое постоянное напряжение U₀₂ ≠ U ₀₁ .

В схеме конвертора рис. 7.2б инвертор выполняет функцию промежуточного звена преобразования напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока повышенной частоты ( f _пр = (50÷100) кГц), которое после выпрямления и фильтрации вновь преобразуется в напряжение постоянного тока U₀₂. В общем случае конвертор может обозначаться одним функциональным блоком, на входе которого действует напряжение постоянного тока U₀₁ частотой f ₁ = 0, а на выходе – напряжение U₀₂ частотой f ₂ = 0.

7.3. Структурная схема и классификация инверторов

Инвертор является основным звеном всех разновидностей статических преобразователей, и его электрические характеристики должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к любой структуре статического преобразователя. Основными энергетическими характеристиками преобразователей, определяющими их энергетическую эффективность и качественные показатели, являются:

— коэффициент полезного действия, представляющий собой отношение мощности преобразованного тока к мощности, отдаваемой источником преобразуемого тока;

— стабильность выходного напряжения и частоты при воздействии различных возмущающих факторов: нестабильность источника преобразуемого тока, изменения температуры окружающей среды, изменения мощности на стороне потребителя и др.;

— пульсация выходного напряжения;

— форма выходного напряжения;

— нагрузочная (внешняя) характеристика, представляющая собой зависимость выходного напряжения от тока (или мощности) на стороне потребителя.

Принцип действия инверторов основывается на периодическом подключении потребителя к источнику напряжения постоянного тока, в результате чего на стороне потребителя протекает переменный ток. В статических преобразователях коммутация осуществляется с помощью электронных приборов, работающих в ключевом режиме. При этом электронный прибор может находиться в двух состояниях: либо он закрыт, и его ток близок к нулю, а напряжение на электронном приборе равно входному напряжению, либо он открыт, и его ток имеет максимальное значение, а напряжение на электронном приборе близко нулю. В обоих случаях мощность, рассеиваемая на электронном приборе, мала. Переход электронного прибора из закрытого состояния в отрытое состояние и обратно (коммутация) происходит достаточно быстро, так что коммутационные потери мощности также малы, а все это обеспечивает высокий коэффициент полезного действия инверторов, который обычно составляет (80÷90)% и более.

Обобщенная структурная схема инвертора представлена на рис. 7.4 и содержит преобразователь (П), выполненный на электронных приборах, работающих в ключевом режиме, схему управления (СУ) частотой выходного напряжения переменного тока, устройство управления частотой (УУЧ), преобразующее выходное напряжение в сигнал, поступающий на СУ, регулятор выходного напряжения (РВН), управляющий значением амплитуды U_ВЫХ, устройство управления напряжением (УУН), автономный источник переменного напряжения (АИПН).

Рис. 7.4 Обобщенная структурная схема инвертора

Преобразователь (П) рис. 7.4 преобразует напряжение постоянного тока от первичного источника питания (ПИП) в напряжение U_вых переменного тока. Выход преобразователя (П) подключается либо к одному потребителю (П1), либо к нескольким потребителям (П1, П2 и т.д.). Управление блоком П осуществляется схемой управления (СУ), которая вырабатывает сигналы, периодически открывающие и закрывающие электронные приборы преобразователя (П). Для изменения частоты выходного напряжения переменного тока необходимо воздействовать на СУ, изменяя частоту управляющих сигналов. Для этого используется сигнал с внешнего пульта управления (воздействия, управляющие частотой), либо вводится специальное устройство управления частотой (УУЧ), которое с блоком СУ образует систему обратной связи и включает устройство сравнения частоты сигнала на выходе инвертора с частотой эталонного генератора, входящего также в состав УУЧ. Система обратной связи стабилизирует частоту выходного напряжения U _вых переменного тока.

Необходимая регулировка амплитуды выходного напряжения переменного тока инвертора рис. 7.4 осуществляется блоком регулятора выходного напряжения (РНВ), который также управляется либо сигналами с пульта управления (воздействия, управляющего напряжением), либо воздействиями, подаваемыми от устройства управления напряжением (УУН), которое включает устройство сравнения выходного напряжения с некоторым эталонным напряжением, источник которого также входит в состав блока УУН. Выходной управляющий сигнал УУН будет воздействовать на РВН в том случае, если амплитуда U_вых отличается от его номинального значения. Таким образом, обеспечивается автоматическая стабилизация U_вых инвертора.

Часто инверторы работают параллельно с другими автономными источниками переменного напряжения (АИПН) на общую сеть переменного тока, питающую либо один, либо несколько потребителей.

Вводят ряд классификационных признаков инверторов. Инверторы различают:

· По типу применяемого электронного прибора (ЭП):

· По характеру взаимодействия преобразователя и схемы управления:

— инверторы с внешним возбуждением (имеется внутренний генератор);

— инверторы с самовозбуждением (существует положительная обратная связь);

· По характеру взаимодействия инвертора и автономного источника переменного напряжения:

— автономные инверторы (способны работать, когда все другие источники отключены от сети);

— неавтономные инверторы (при отсутствии в сети других автономных источников напряжения инверторы работать не могут);

· По количеству фаз выходного напряжения переменного тока:

· По форме выходного напряжения переменного тока:

— инверторы с синусоидальной формой выходного напряжения;

— инверторы с прямоугольной формой выходного напряжения;

· По типу схемы преобразователя;

· По системе управления;

· По наличию стабилизации и управления выходными напряжениями и частотой.

7.4. Транзисторные однотактные инверторы с внешним возбуждением

7.4.1. Однотактные инверторы с внешним возбуждением и последовательным включением транзисторов

Возможны два варианта простейших инверторов с последовательным включением транзисторов, которые представлены на рис. 7.5. Первая схема с дросселем на выходе инвертора рис. 7.5а, вторая – с транзистором (рис. 7.5.б).

Транзисторы VT схем инверторов рис. 7.5 работают в ключевом режиме. Напряжение управления имеет прямоугольную форму. Рассмотрим работу схемы рис. 7.5а с помощью временных диаграмм, приведенных на рис. 7.6.

Рис. 7.5 Схема инверторов с последовательным включением транзисторов

Рис. 7.6 Временные диаграммы, поясняющие работу однотактных инверторов с последовательным включением транзисторов

На интервале времени от 0 до t₁ управляющее напряжение отрицательно (рис. 7.6а) и транзистор VT открыт, а в дросселе L запасается магнитная энергия, ток на входе инвертора i_и нарастает по линейному закону (рис. 7.6б), и на транзисторе VT напряжение мало и равно U _кэнас (рис. 7.6в). При этом все напряжение источника постоянного тока U_вх приложено к нагрузке (рис. 7.6д). Ток дросселя i _L рис. 7.6г нарастает по линейному закону. После подачи U _упр положительной полярности (7.6а) на интервале времени от t₁ до t₂ VT закрывается и ток дросселя i _L (рис. 7.6г) замыкается через R_н , создавая отрицательную полуволну U_вых ( t ) (рис. 7.6д). Ток i _L в этом случае уменьшается по экспоненциальному закону, вызывая уменьшение напряжения U_вых . Пиковое значение выходного напряжения равно U_вых _макс = U_вх + Δ U , i_u = i_L + i _н – при открытом состоянии VT , i _u = 0 – при закрытом VT (рис. 7.6б).

Напряжении t U_кэ V T равно U _кэнас при отрицательной полярности U _упр (открытое состояние VT), в закрытом состоянии VT (положительная волна управляющего напряжения) максимальное напряжение коллектор – эмиттер равно U_кэ _макс = 2U_вх + ΔU (рис. 7.6в). Это происходит за счет накопления магнитной энергии в дросселе при открытом VT и воздействие входного напряжения на VT при его закрытом состоянии.

На выходе инвертора имеется переменное напряжение U_вых (рис. 7.6д), форма которого близка к прямоугольной. Чем больше значение L дросселя, тем ближе форма U_вых к прямоугольной.

Схема однотактного инвертора с последовательным включением транзистора рис. 7.5б содержит трансформатор, который повышает или понижает переменное напряжение на нагрузке до требуемого значения.

Недостаток схем однотактных инверторов с последовательным включением транзистора заключается в неравномерной во времени загрузке источника постоянного тока.

7.4.2. Однотактные инверторы с параллельным включением транзистора

Рассматривают схемы инверторов двух разновидностей, приведенных на рис. 7.7. Первая схема с дросселем, включенным последовательно между входом и выходом (рис. 7.7а), вторая схема с трансформатором на выходе инвертора
(рис. 7.7б).

Рис. 7.7 Схема однотактных инверторов с параллельным включением транзистора

Рассмотрим работу схемы инвертора рис. 7.7а с помощью временных диаграмм, представленных на рис. 7.8.

На интервале времени от 0 до t₁ подается на транзистор управляющее напряжение отрицательной полярности рис. 7.8а. В этом случае транзистор VT закрыт и происходит заряд конденсатора C через дроссель L и R_н (рис. 7.8в). Ток i _C = i _L = i_Н (рис. 7.8б, в) по мере заряда конденсатора уменьшается, а напряжение U_кэ (рис. 7.8д) возрастает, ток транзистора i _VT = 0 (рис. 7.8г). На интервале времени от t₁ до t₂ транзистор открыт, дроссель L подключен параллельно источнику постоянного напряжения и ток через L нарастает по линейному закону (рис. 7.8б). Конденсатор C разряжается (рис. 7.8в) и направление тока через R_Н изменяется на противоположное. В этой схеме инвертора ток источника постоянного напряжения U_вх изменяется во времени (ток i_L рис. 7.8б), но не имеет ярко выраженного импульсного характера.

Рис. 7.8 Временные диаграммы, поясняющие работу схемы инвертора рис. 7.7а.

Схема однотактного инвертора с параллельным включением транзистора и трансформатором рис. 7.7б позволяет преобразовать переменное напряжение до заданного значения. Изменения величины L и C приводят к вариации формы выходного напряжения в широких пределах.

7.5. Транзисторные двухтактные инверторы с внешним возбуждением

В качестве двухтактных инверторов применяют схему с дифференциальным трансформатором рис. 7.9а и мостовую схему инвертора рис. 7.9б.

Рис. 7.9 Принципиальные схемы транзисторных двухтактных инверторов с внешним возбуждением

В схеме двухтактного инвертора с дифференциальным трансформаторов рис. 7.9а транзисторы VT1, VT 2 работают поочередно. Когда VT1 открыт, VT2 – закрыт, и наоборот. Это обеспечивается противофазностью (временным сдвигом) управляющих напряжений прямоугольной формы. При этом ток от источника питания постоянного напряжения протекает то по одной, то по другой половине первичной обмотки трансформатора, создавая на нагрузке R_Н переменное напряжение прямоугольной формы U_вых .

В двухтактной мостовой схеме инвертора рис. 7.9б одновременно открыты пара транзисторов: либо VT1, VT4, либо VT2, VT3. При переключении пар транзисторов (например, VT1, VT4 закрываются, а VT2, VT3 открываются) происходит изменение полярности напряжения на первичной обмотке трансформатора. Следовательно, напряжение на нагрузке R_н будет иметь прямоугольную форму. При этом управляющие импульсы транзисторами VT1, VT4 и VT2, VT3 имеют временной сдвиг или отличаются по фазе на π.

Достоинство мостовой схемы инвертора рис. 7.9б состоит в лучшем использовании трансформатора и меньшем напряжении на закрытом транзисторе.

Во всех схемах инверторов с внешним возбуждением сигналы U_упр , управляющие транзисторами, создаются самостоятельными устройствами – генераторами прямоугольных импульсов.

7.6.Однотактный транзисторный инвертор с самовозбуждением.

Принципиальной особенностью инверторов с самовозбуждением является наличие положительной обратной связи, обеспечивающей режим автогенерации .

Принципиальная схема однотактного инвертора с самовозбуждением представлена на рис.7.10, а временные диаграммы, поясняющие его работу,- на рис.7.11.

Рис7.10. Принципиальная схема однотактного инвертора с самовозбуждением.

В момент подачи напряжения питания U _вх силовой транзистор VT (рис 7.10) открывается за счет цепи R 1, R 2 и его коллекторный ток i _к нарастает и может быть записан соотношением:

где L ₁ ‑ индуктивность намагничивания силового трансформатора Тр , приведенная к его первичной обмотке, число витков которой равно W ₁ ; I _{к нач} ‑ начальный ток коллектора мощного транзистора и обмотки с индуктивностью L1 , который может быть равен нулю(рис 7.11а).

Рис 7.11. Временные диаграммы , поясняющие действия инвертора рис. 7.10.

На интервале времени от нуля до t ₁ ток в коллекторе мощного транзистора VT и в индуктивности L 1 намагничивания силового трансформатора нарастает по линейному закону и в момент времени t ₁ достигает максимального значения:

где t _откр ‑ длительность открытого состояния транзистора VT в схеме включения с общим эмиттером; I _{Б ном} ‑ номинальный ток базы, задаваемый резисторным делителем R 1, R 2 в момент передачи питающего напряжения.

Положительная обратная связь в схеме рис. 7.10. обеспечивается дополнительной обмоткой трансформатора, включенной в цепь базы транзистора с числом витков W _Б . в момент времени t = t ₁ , когда i _к = I _{к макс} на обмотке W _Б формируется запирающее напряжение на базе и транзистор VT закрывается. В режиме отсечки транзистора VT на интервале времени от t ₁ до t ₂ ток в индуктивности L 1 намагничивания трансформатора уменьшается по мере расходования в нагрузке накопленной энергии к моменту времени t ₂ ток i _к = i ₁ (рис. 7.11а) достигает нулевого значения, исчезает запирающее напряжение на базе VT . В момент времени t = t ₂ транзистор VT открывается благодаря току через запускающий резистор R 1 i _Б = I _Б (рис.7.11б).

Напряжения на базе транзистора VT и выходе инвертора определяются из соотношений:

Частота переключений зависит от V _вх и R _н .

Большие коммутационные перегрузки мощного транзистора току коллектора является основным недостатком схемы рис. 7.10.

Для уменьшения коммутационных перегрузок в однотактном преобразователе напряжения с самовозбуждением используется:

· включение в цепь эмиттера VT (рис. 7.10) резистора, играющего роль датчика тока, и второго транзистора, шунтирующего вход мощного транзистора;

· времязадающие RC- цепочки;

· нелинейные насыщенные трансформаторы и дроссели.

7.7. Двухтактный транзисторный инвертор с самовозбуждением

Наиболее часто применяют схему двухтактного инвертора со средней точкой трансформатора. Ее еще называют по имени изобретателя: автогенератором Ройера ( Royer G . H .)

Схема двухтактного транзисторного инвертора с самовозбуждением представлена на рис. 7.12. и она включает: два транзисторных ключа VT 1, VT 2 трансформатор Тр с двумя первичными обмотками , и выходной обмоткой W ₂ . входной источник напряжения U _вх постоянного тока включен между средней точкой трансформатора о общей точкой ключей. Сигналы управления транзистором формируются обмотками обратной связи , , находящихся на одном сердечнике с коллекторной и нагрузочной обмотками.

Рис. 7.13. Принципиальная схема двухтактного транзисторного инвертора с самовозбуждением.

Принципиальную роль в работе инвертора играет нелинейный характер кривой намагничивания сердечника силового трансформатора, которая аппроксимируется линейной зависимостью B=f(H) (рис. 7.13.) без учета явления гестерезиса .

Рис. 7.13. Зависимость B = f ( H ).

Временные диаграммы, поясняющие работу инвертора рис. 7.12, представлены на рис. 7.14.

Рис. 7.14. Временные диаграммы, поясняющие работу двухтактного инвертора с самовозбуждением.

При включении питающего напряжения U _вх в схеме рис.7.12. падение напряжения на резисторе R 2 обеспечивает открывание транзисторов VT 1, VT 2. Если предположить, что первоначально коллекторные токи транзисторов VT 1, VT 2 одинаковы, то из-за различного рода возмущений один из коллекторных токов обязательно получит хотя бы малое приращение. Допустим, появится избыточный ток коллектора транзистора VT 1. Избыточный ток обуславливает появление на коллекторной и базовой обмотках трансформатора напряжений, полярность которых указана на рис 7.12. Эти напряжения на базах транзисторов VT 1, VT 2 приведет к дальнейшему увеличению тока i _к1 и снижению тока i _к2 и т.д. таким образом, происходит лавинообразный процесс, в результате которого изменяется состояние транзисторов VT 1, VT 2 схемы рис.7.12. Транзистор VT 1 открывается и находится в состоянии насыщения; транзистор VT 2 закрывается и находится в состоянии отсечки. При этом напряжение U _кэ1 транзистора VT 1 уменьшается до значения U _{кэ1 нас} .

На интервале времени от t =0 до t = t ₁ происходит намагничивание сердечника трансформатора. Перепад напряжения на коллекторе транзистора VT 1 на половине коллекторной обмотки трансформатора Тр рис.7.12 имеющий число витков , приведет к изменению индукции В в сердечнике (рис. 7.14а). в соответствии с законом электромагнитной индукции можно записать:

Где Ф‑ магнитный поток в сердечнике;

S_c ‑ площадь сечения магнитопровода ;

Δ U ‑ перепад напряжения на коллекторе транзистора VT 1.

Из соотношения (7.61) следует, что индукция В изменяется по линейному закону и рабочая точка на характеристике намагничивания (зависимость B = f ( H ) рис.7.13) будет перемещаться, например, вверх. Пока рабочая точка находится на линейном участке характеристики намагничивания (рис. 7.13), напряженность магнитного поля Н и ток намагничивания сердечника трансформатора i_μ растут по линейному закону. Ток коллектора открытого транзистора VT 1 равен (рис.7.14б):

где ‑ токи нагрузки и базы, приведенные к коллекторной обмотке транзистора VT 1.

Вначале из-за малости тока намагничивания i_μ его изменения незначительно влияют на линейное изменение тока i _к1. В окрестности точки 1 зависимость B = f ( H ) рис.7.13 сердечник трансформатора насыщается, что приводит к резвому возрастанию тока намагничивания i_μ ., а это вызывает значительный рост тока коллектора i _к1 (на интервале времени от t = t ₁ до t = t ₂ рис.7.14б). транзистор VT 1 выходит из режима насыщения и напряжение U _кэ1 увеличивается. Возрастание U _кэ1 приводит к появлению на базовой обмотке трансформатора транзистора VT 2 напряжения, полярность которого становится противоположной начальной полярности на интервале времени t є(0, t ). Поэтому в момент времени t = t ₂ происходит открывание транзистора VT 2 и увеличение тока коллектора i _к2 , которое вызывает дальнейшее возрастание U _кэ1 и появление в базовой цепи транзистора VT 1 напряжения запирающей полярности. Вновь возникает лавинообразный процесс в момент времени t = t ₂ , который изменяется состояние транзисторов схемы рис. 7.12: транзистор VT 1 закрывается; транзистор VT 2 открывается и находится в состоянии насыщения.

Рассмотренные процессы в инверторе. Рис.7.12 периодически повторяются. При этом транзисторы VT 1, VT 2 работают в ключевом режиме, а выходное напряжение U _вых имеет форму, близкую к прямоугольной (рис.7.14в).

Для повышения надежности самовозбуждения часто параллельно резистору R 1 включают конденсатор С, который обеспечивает увеличение токов без транзисторов в момент включения схемы инвертора рис.7.12. и при переключении транзисторов.

Частоту f выходного напряжения можно найти из закона электромагнитной индукции, определив время изменения индукции от – В_макс до + В_макс (рис.7.13.) и это время t є(0, t ₂ ) рис.7.14а равно половине периода Т выходного напряжения. Интегрируя соотношение (7.6), получаем:

Из соотношения (7.) находим:

Амплитуда импульса в коллекторной цепи Δ U примерно равна удвоенному напряжению питания U _вх из-за намагничивания сердечника трансформатора и индуктивности намагничивания коллекторной обмотки трансформатора:

Схему инвертора рис.7.12 называют схемой с насыщающимся силовым трансформатором. В целях получения относительно стабильной частоты выходного переменного напряжения сердечник силового трансформатора должен быть выполнен из материала с прямоугольной петлей гестерезиса .

Недостатком рассмотренной схемы инвертора рис.7.12. является всплеск коллекторного тока одного из транзисторов во время переключения (интервалы времени t є( t ₁ , t ₂ ), t є( t ₃ , t ₄ ) рис.7.14) и увеличение потерь за счет сердечника трансформатора. Для устранения этих недостатков используются схемы инверторов с коммутирующим дросселем или с насыщающимся коммутирующим трансформатором (для этого вводится специально второй маломощный насыщающийся коммутирующий трансформатор).

7.8. Схемы управления инверторами и преобразователями.

На практике применяют различные варианты выполнения схем управления инверторами или преобразователями. Схему управления выполняются как на дискретных элементах, так и на интегральных микросхемах (ИМС). Предпочтение отдается ИМС с большой степенью интеграции, включающим в себя не только преобразователь аналогового сигнала в импульсную последовательность с модуляцией импульсов по ширине (ШИМ-сигнал), но и целый ряд вспомогательных звеньев. Также возможно применение в качестве схемы управления преобразователем ИМС, которые рассматриваются при построении КСПН импульсного действия. Хорошие показатели преобразователя обеспечивают применение схемы управления 1114ЕУ1, которая содержит практически все узлы, необходимые для управления, защиты и включения преобразователя. Структурная схема ИМС 1114ЕУ1 представлена на рис.7.15 и она включает: А1‑ источник стабильного вспомогательного напряжения +5В и опорного напряжения; А2‑ усилитель сигнала ошибки.

Рис.7.15. Структурная схема ИМС 1114ЕУ1.

А3- компаратор; А4- генератор пилообразного напряжения; А5- триггер; А6, А7- селекторы импульсов; А8- устройство для контроля снижения входного напряжения; А9- устройство для контроля первичного напряжения; А10- устройство токовой защиты; А11- согласующее устройство.

Схема управления на основе ИМС 1114ЕУ1 рис.7.15. работает следующим образом. Сигнал обратной связи с резистивного делителя цепи сравнения подводится к одному из входов усилителя А2. на другой его вход поступает опорное напряжение U_БЭ с выхода А1. на выходе делителя обратной связи А2 получают усиленный сигнал ошибки, который подается на вход компаратора А3 ШИМ ( совместная работа А3 и А4 образует цепь ШИМ). Выходное напряжение генератора пилообразного напряжения А4 приводится ко второму входу компаратора А3 ШИМ. С выхода А3 импульсное напряжение с ШИМ подается на селекторы импульсов А6 и А7. На выходы А6 и А7 также поступают выходные импульсы триггера А5, причем на вход А6 подаются импульсы с неинвертирующего выхода А5, а на вход А7- с инвертирующего выхода А5. Благодаря этому устройства А5-А7 работают как «распределитель фазы». На входе селектора А7 импульсы оказываются сдвинутыми по фазе на 180 ° относительно импульсов, снимаемых с выхода селектора А6. маломощные транзисторы VT 1 b VT 2 рис.7.15., являющиеся усилителями, позволяют передать импульсы с ШИМ на силовые транзисторные ключи двухтактного преобразователя. В систему защиты преобразователя входят узлы А8, А9, А10 ИМС рис.7.15.

Внешние конденсатор С и резистор R1 рис.7.15 служат для установки и регулировки частоты повторения импульсов, максимальное значение которой достигает (100- 200) кГц. Значение сопротивления R2 определяет длительность запретной паузы между импульсами.

Примеры некоторых практических схем управления ИМС однотактными инверторами источников вторичного электрического питания приведены в таблице 7.1.

Новые источники и преобразователи электрической энергии на судах

В книге рассмотрены вопросы прямого преобразования различных видов энергии в электрическую энергию. Изложены основы теории, принцип действия, сравнительные характеристики и конструкции термоэлектрических, термоэмиссионных, электрохимических, магнитогазо- и магнитогидродинамических генераторов, рассмотрено их применение с учетом требований, предъявляемых к судовым электроэнергетическим установкам.
Книга предназначена для студентов вузов, обучающихся по специальности «Электрооборудование и автоматизация судов».

Содержание
Предисловие
Введение
Глава 1. Основные характеристики термоэлектрических источников и преобразователей
§ 1.1. Термоэлектрические явления
§ 1.2. Режимы работы термоэлектрических преобразователей
§ 1.3. Термоэлектрические материалы
§ 1.4. Конструкция термоэлектрических преобразователей
Глава 2. Термоэлектрические генераторы
§ 2.1. Основные режимы работы термоэлектрического генератора
§ 2.2. Термоэлектрические генераторы с источниками энергии на органическом топливе
§ 2.3. Радиоизотопные термоэлектрические генераторы
§ 2.4. Ядерные термоэлектрические генераторы
Глава 3. Термоэлектрические преобразователи электрической энергии
§ 3.1. Термоэлектрические охлаждающие устройства
§ 3.2. Термоэлектрический насос
§ 3.3. Термомагнитные преобразователи
§ 3.4. Термодиэлектрические преобразователи
Глава 4. Термоэмиссионные генераторы
§ 4.1. Принцип действия термоэмиссионных генераторов
§ 4.2. Типы термоэмиссионных генераторов и основные режимы их работы
§ 4.3. Основные соотношения, определяющие режимы работы термоэмиссионного генератора
§ 4.4. Особенности диффузионного и дугового режимов термоэмиссионного генератора
§ 4.5. Электроэнергетические установки с термоэмиссионными генераторами
Глава 5. Физические свойства химических источников энергии
§ 5.1. Термодинамика химических источников энергии
§ 5.2. Явления на поверхности раздела электрод — электролит
§ 5.3. Необратимые процессы в химическом источнике энергии при работе под нагрузкой
§ 5.4. Основные типы электродов химических источников энергии
Глава 6. Аккумуляторы
§ 6.1. Основные характеристики и параметры аккумуляторов
§ 6.2. Свинцовые кислотные аккумуляторы
§ 6.3. Щелочные аккумуляторы
§ 6.4. Новые типы аккумуляторов
§ 6.5. Способы заряда аккумуляторных батарей
Глава 7. Электрохимические генераторы и преобразователи
§ 7.1. Особенности работы электрохимического генератора
§ 7.2. Основные электродные реакции электрохимических генераторов
Топливный электрод
Кислородный электрод
§ 7.3. Конструкция электрохимических генераторов
ЭХГ с газообразным топливом
ЭХГ с жидким топливом
ЭХГ с твердым топливом
§ 7.4. Электрохимические преобразователи
Глава 8. Магнитогазо- и магнитогидродинамические преобразователи
§ 8.1. Основные физические явления, определяющие работу МГД-генераторов
§ 8.2. Классификация МГД-генераторов
§ 8.3. Характеристики МГД-генераторов
§ 8.4. Уравнения движения плазмы в канале МГД-генератора
§ 8.5. Потери энергии в МГД-генераторе
§ 8.6. Схемы электроэнергетических установок с МГД-генераторами
Глава 9. Особенности судовых электроэнергетических систем с новыми источниками электроэнергии
§ 9.1. Области применения новых источников электроэнергии в судовой электроэнергетике
§ 9.2. Особенности режимов работы автономных инверторов при питании их от источников постоянного тока с крутопадающей характеристикой
§ 9.3. Работа схемы инвертора с геометрическим суммированием напряжений двух инверторных блоков
§ 9.4. Особенности электроэнергетических систем подводных аппаратов
Указатель литературы
Предметный указатель

Трансформаторы – преобразователи электроэнергии

В сфере электротехники, а также во всех отраслях, где используется электрическая энергия, широкое распространение получили трансформаторы. Данным термином принято называть электромагнитное статическое устройство, предназначенное для преобразования электроэнергии. По сути, это электрический прибор, оснащенный набором индуктивно связанных обмоток (в количестве двух и более) на магнитопроводе или без него. Области применения устройства охватывают электроэнергетику, радиотехническую отрасль, а также сферу электроники.

Изменение напряжения переменного тока – это основная функция, которую выполняют трансформаторы. Трансформаторы широко применяются в источниках питания, стабилизаторах напряжения, осветительных приборах, источниках бесперебойного питания и других радиоэлектронных устройствах. Набор функций и технические возможности зависят от типа трансформатора.

Классификация трансформаторов

В зависимости от специфики применения различают преобразователи силовые и специальные. К первой категории относятся приборы, применяемые в цепях электрического питания с целью преобразования энергии. Силовые трансформаторы напряжения, которые используются в радиотехнической промышленности, чаще всего работают с сетевым напряжением 220В или 380В. Преобразователи специального назначения могут быть измерительными, сварочными, или выпрямительными. Также существуют автотрансформаторы.
Классификация трансформаторов подразделяет эти устройства на ряд категорий. Так, по количеству фаз преобразователи электроэнергии могут быть:

Однофазными;
Двухфазными;
Трехфазными;
Многофазными.

Классификация также учитывает количество обмоток и схемы их соединения. Различают преобразователи двухобмоточного и многообмоточного типа. Из двух и более обмоток, которыми оснащаются трансформаторы, одна часть является первичными, а другая – вторичными. Первичные обмотки потребляют энергию из электрической сети, а вторичные отдают преобразованную энергию потребителю. Соотношение показателей напряжения на разных обмотках разделяет преобразователи на две группы – повышающие и понижающие. Устройства повышающей разновидности отличаются низким напряжением первичной обмотки и высоким – вторичной. У понижающих трансформаторов первичная обмотка имеет высокое напряжение, а вторичная – низкое.

Исходя из конструктивных особенностей, различают сухие преобразователи электрической энергии и герметизированные (пропитанные лаком или компаундом). Трансформаторы сухого типа используются в тех сферах, где требуется невысокая стоимость готового изделия. Преобразователи этой разновидности устанавливают как в промышленных, так и в жилых помещениях. А охлаждаются они при помощи воздуха.

Широкое применение в целом ряде отраслей получили автотрансформаторы. Отличительная особенность приборов этого типа – наличие электрической связи между первичной и вторичной обмотками. В этих устройствах мощность из одной обмотки в другую передается посредством электрической связи и магнитного поля.

На современном этапе развития электротехнической промышленности важную роль играет оптимизация массогабаритных параметров используемой техники. С учетом актуальных требований наиболее востребованными сейчас являются трансформаторы с магнитопроводом тороидального типа. Эти преобразователи отличаются гораздо лучшими технико-экономическими показателями, чем устройства стержневой и броневой разновидностей.

Принцип работы трансформаторов

Как известно, преобразователи электрической энергии работают по принципу электромагнитной индукции. Первичная обмотка устройства служит для приема напряжения от внешнего источника, а протекающий в ней переменный ток создает в магнитопроводе устройства переменный магнитный поток. Когда к нагрузке подключается вторичная обмотка трансформатора, магнитный поток направляется в противоположном направлении, а преобразованная электроэнергия поступает к потребителю.

Несмотря на кажущуюся простоту работы, надежность устройства является определяющим фактором. Только высококачественные трансформаторы представлены в ассортименте компании SinPro – признанного лидера в сфере поставок электротехнической продукции. Мы предлагаем широкий выбор готовых изделий для стабилизации напряжения и резервного электропитания, а также изготавливаем сухие тороидальные трансформаторы различной конфигурации под заказ. Качество нашей продукции проверяется на современном тестирующем оборудовании, а доступное ценовое предложение порадует любого потребителя!

Максимов новые источники и преобразователи электрической энергии

CONVERTERS BASED ON SOLID STATE TRANSFORMERS FOR INTEGRATION OF RENEWABLE ELECTRICITY SOURCES IN THE POWER INDUSTRY OF RUSSIA

Максимов новые источники и преобразователи электрической энергии

Новые источники и преобразователи электрической энергии на судах

Трансформаторы – преобразователи электроэнергии

Классификация трансформаторов

Принцип работы трансформаторов

Добавить комментарий Отменить ответ