बिजली प्रणालियों में कनवर्टर डिवाइस

विद्युत ऊर्जा बिजली संयंत्रों में उत्पन्न होती है और आपूर्ति आवृत्ति के साथ मुख्य रूप से प्रत्यावर्ती धारा के रूप में वितरित की जाती है। हालांकि बड़ी संख्या बिजली उपभोक्ता उद्योग में अपनी बिजली आपूर्ति के लिए अन्य प्रकार की बिजली की आवश्यकता होती है।

सबसे अधिक बार आवश्यक:

• डी.सी. (इलेक्ट्रोकेमिकल और इलेक्ट्रोलिसिस बाथ, डायरेक्ट करंट इलेक्ट्रिक ड्राइव, इलेक्ट्रिक ट्रांसपोर्ट और लिफ्टिंग डिवाइस, इलेक्ट्रिक वेल्डिंग डिवाइस);

• प्रत्यावर्ती धारा गैर-औद्योगिक आवृत्ति (प्रेरण ऊष्मन, चर गति एसी ड्राइव)।

इस संबंध में, प्रत्यावर्ती धारा को प्रत्यक्ष (संशोधित) धारा में बदलना आवश्यक हो जाता है या जब एक आवृत्ति की प्रत्यावर्ती धारा को दूसरी आवृत्ति की प्रत्यावर्ती धारा में परिवर्तित किया जाता है। विद्युत विद्युत संचरण प्रणालियों में, एक थाइरिस्टर डीसी ड्राइव में, खपत के बिंदु पर प्रत्यक्ष धारा को प्रत्यावर्ती धारा (वर्तमान उलटा) में बदलने की आवश्यकता होती है।

ये उदाहरण उन सभी मामलों को शामिल नहीं करते हैं जहां विद्युत ऊर्जा को एक प्रकार से दूसरे प्रकार में बदलने की आवश्यकता होती है।उत्पादित बिजली का एक तिहाई से अधिक अन्य प्रकार की ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है, यही कारण है कि तकनीकी प्रगति काफी हद तक रूपांतरण उपकरणों (परिवर्तित उपकरण) के सफल विकास से संबंधित है।

प्रौद्योगिकी रूपांतरण उपकरणों का वर्गीकरण

मुख्य प्रकार के परिवर्तित उपकरण

देश के ऊर्जा संतुलन में तकनीकी उपकरणों को परिवर्तित करने का हिस्सा महत्वपूर्ण स्थान रखता है। अन्य प्रकार के कन्वर्टर्स की तुलना में सेमीकंडक्टर कन्वर्टर्स के फायदे निर्विवाद हैं। मुख्य लाभ निम्नलिखित हैं:

- सेमीकंडक्टर कन्वर्टर्स में उच्च विनियमन और ऊर्जा विशेषताएँ होती हैं;

- छोटा आयाम और वजन है;

- संचालन में सरल और विश्वसनीय;

- बिजली आपूर्ति सर्किट में धाराओं का संपर्क रहित स्विचिंग प्रदान करें।

इन लाभों के लिए धन्यवाद, सेमीकंडक्टर कन्वर्टर्स का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है: अलौह धातु विज्ञान, रसायन उद्योग, रेलवे और शहरी परिवहन, लौह धातु विज्ञान, मैकेनिकल इंजीनियरिंग, ऊर्जा और अन्य उद्योग।

हम मुख्य प्रकार के रूपांतरण उपकरणों की परिभाषाएँ देंगे।

रेक्टीफायर यह एसी वोल्टेज को डीसी वोल्टेज (यू ~ → यू =) में परिवर्तित करने के लिए एक उपकरण है।

इन्वर्टर को डायरेक्ट वोल्टेज को अल्टरनेटिंग वोल्टेज (यू = → यू ~) में बदलने के लिए एक उपकरण कहा जाता है।

एक आवृत्ति परिवर्तक एक आवृत्ति के वैकल्पिक वोल्टेज को दूसरी आवृत्ति (Uf1 → Uf2) के वैकल्पिक वोल्टेज में परिवर्तित करने में कार्य करता है।

एक एसी वोल्टेज कनवर्टर (नियामक) को लोड करने के लिए आपूर्ति की गई वोल्टेज को बदलने (विनियमित) करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, अर्थात। एक मात्रा के AC वोल्टेज को दूसरी मात्रा (U1 ~ → U2 ~) के AC वोल्टेज में परिवर्तित करता है।

यहां सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले प्रौद्योगिकी रूपांतरण उपकरण हैं... प्रत्यक्ष धारा के परिमाण, कनवर्टर चरणों की संख्या, वोल्टेज वक्र के आकार आदि को बदलने (विनियमित) करने के लिए डिज़ाइन किए गए कई रूपांतरण उपकरण हैं।

तत्व आधार परिवर्तित उपकरणों की संक्षिप्त विशेषताएं

विभिन्न प्रयोजनों के लिए डिज़ाइन किए गए सभी परिवर्तित उपकरणों में ऑपरेशन का एक सामान्य सिद्धांत होता है, जो विद्युत वाल्वों के आवधिक स्विचिंग पर आधारित होता है। वर्तमान में, अर्धचालक उपकरणों का उपयोग विद्युत वाल्व के रूप में किया जाता है। सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किए जाने वाले डायोड, thyristors, त्रिक और विद्युत ट्रांजिस्टरकुंजी मोड में काम करता है।

1. डायोड एक तरफा चालकता वाले विद्युत परिपथ के दो-इलेक्ट्रोड तत्वों का प्रतिनिधित्व करते हैं। डायोड की चालकता लागू वोल्टेज की ध्रुवीयता पर निर्भर करती है। आम तौर पर, डायोड को निम्न-शक्ति डायोड (स्वीकार्य औसत वर्तमान Ia ≤ 1A), मध्यम-शक्ति डायोड (Ia = 1 — 10A जोड़कर) और उच्च-शक्ति डायोड (Ia ≥ 10A जोड़कर) में विभाजित किया जाता है। उनके उद्देश्य के अनुसार, डायोड को निम्न-आवृत्ति (fadd ≤ 500 Hz) और उच्च-आवृत्ति (fdop> 500 Hz) में विभाजित किया गया है।

रेक्टीफायर डायोड के मुख्य पैरामीटर उच्चतम औसत संशोधित वर्तमान, आईए अतिरिक्त, ए, और उच्चतम रिवर्स वोल्टेज, यूबीमैक्स, बी हैं, जो डायोड पर लंबे समय तक इसके संचालन को परेशान करने के खतरे के बिना लागू किया जा सकता है।

मध्यम और उच्च शक्ति कन्वर्टर्स में शक्तिशाली (हिमस्खलन) डायोड लागू करें। इन डायोड में कुछ विशिष्ट विशेषताएं होती हैं क्योंकि वे उच्च धाराओं और उच्च रिवर्स वोल्टेज पर काम करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप p-n जंक्शन में महत्वपूर्ण शक्ति जारी होती है।इसलिए यहां प्रभावी शीतलन विधियों की व्यवस्था की जानी चाहिए।

पावर डायोड की एक अन्य विशेषता अचानक लोड ड्रॉप्स, स्विचिंग और से उत्पन्न होने वाले अल्पकालिक ओवरवॉल्टेज से बचाने की आवश्यकता है आपातकालीन मोड.

ओवरवॉल्टेज से बिजली आपूर्ति डायोड की सुरक्षा में संभावित विद्युत ब्रेकडाउन पी-एन का स्थानांतरण होता है - सतह क्षेत्रों से बल्क तक संक्रमण। इस मामले में, ब्रेकडाउन में हिमस्खलन चरित्र होता है, और डायोड को हिमस्खलन कहा जाता है। इस तरह के डायोड स्थानीय क्षेत्रों को ज़्यादा गरम किए बिना पर्याप्त रूप से बड़े रिवर्स करंट को पास करने में सक्षम होते हैं।

कनवर्टर उपकरणों के सर्किट विकसित करते समय, एकल डायोड के अधिकतम स्वीकार्य मूल्य से अधिक सुधारित धारा प्राप्त करना आवश्यक हो सकता है। इस मामले में, समूह में शामिल उपकरणों की निरंतर धाराओं को बराबर करने के उपायों को अपनाने के साथ एक ही प्रकार के डायोड के समानांतर कनेक्शन का उपयोग किया जाता है। कुल स्वीकार्य रिवर्स वोल्टेज को बढ़ाने के लिए, डायोड के श्रृंखला कनेक्शन का उपयोग किया जाता है। साथ ही, रिवर्स वोल्टेज के असमान वितरण को बाहर करने के उपाय प्रदान किए जाते हैं।

सेमीकंडक्टर डायोड की मुख्य विशेषता करंट-वोल्टेज (VAC) विशेषता है। सेमीकंडक्टर संरचना और डायोड प्रतीक चित्र में दिखाए गए हैं। 1, ए, बी। डायोड की करंट-वोल्टेज विशेषता की रिवर्स ब्रांच को अंजीर में दिखाया गया है। 1, c (वक्र 1 - I - हिमस्खलन डायोड की V विशेषता, वक्र 2 - I - V एक पारंपरिक डायोड की विशेषता)।

चावल। 1 - डायोड की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता का प्रतीक और व्युत्क्रम शाखा।

थायरिस्टर्स यह दो स्थिर अवस्थाओं वाला एक चार-परत अर्धचालक उपकरण है: कम चालकता (थाइरिस्टर बंद) और उच्च चालकता (थाइरिस्टर खुला) की स्थिति। एक स्थिर अवस्था से दूसरी अवस्था में संक्रमण बाहरी कारकों की क्रिया के कारण होता है। अक्सर, एक थाइरिस्टर को अनलॉक करने के लिए, यह वोल्टेज (वर्तमान) या प्रकाश (फोटोथायरिस्टर्स) से प्रभावित होता है।

डायोड थायरिस्टर्स (डायनिस्टर्स) और ट्रायोड थाइरिस्टर्स इलेक्ट्रोड को नियंत्रित करते हैं। बाद वाले को एकल-स्तर और दो-स्तर में विभाजित किया गया है।

सिंगल-एक्शन थाइरिस्टर्स में, गेट सर्किट पर केवल थाइरिस्टर टर्न-ऑफ ऑपरेशन किया जाता है। थाइरिस्टर एक सकारात्मक एनोड वोल्टेज और नियंत्रण इलेक्ट्रोड पर एक नियंत्रण नाड़ी की उपस्थिति के साथ खुले राज्य में जाता है। इसलिए, थाइरिस्टर की मुख्य विशिष्ट विशेषता इसके फायरिंग के समय उस पर आगे वोल्टेज की उपस्थिति में मनमाने ढंग से देरी की संभावना है। एनोड-कैथोड वोल्टेज की ध्रुवीयता को बदलकर एकल-ऑपरेशन थाइरिस्टर (साथ ही एक डाइनिस्टर) का लॉकिंग किया जाता है।

दोहरे कर्तव्य थाइरिस्टर नियंत्रण सर्किट को थाइरिस्टर को अनलॉक और लॉक करने की अनुमति देते हैं। नियंत्रण इलेक्ट्रोड को रिवर्स पोलरिटी के नियंत्रण पल्स को लागू करके लॉकिंग किया जाता है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि उद्योग हजारों एम्पीयर की अनुमेय धाराओं और किलोवोल्ट की एक इकाई के अनुमेय वोल्टेज के लिए सिंगल-एक्शन थाइरिस्टर का उत्पादन करता है। मौजूदा डबल-एक्शन थाइरिस्टर्स में सिंगल-एक्शन वाले (इकाइयों और दसियों एम्पीयर) और कम स्वीकार्य वोल्टेज की तुलना में काफी कम स्वीकार्य धाराएं हैं। ऐसे थायरिस्टर्स का उपयोग रिले उपकरण और कम-शक्ति कनवर्टर उपकरणों में किया जाता है।

अंजीर में।2 थाइरिस्टर के पारंपरिक पदनाम, अर्धचालक संरचना की योजनाबद्ध और थाइरिस्टर की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता दिखाता है। अक्षर A, K, UE क्रमशः एनोड, कैथोड और थाइरिस्टर नियंत्रण तत्व के आउटपुट को दर्शाते हैं।

कनवर्टर सर्किट में एक थाइरिस्टर की पसंद और उसके संचालन को निर्धारित करने वाले मुख्य पैरामीटर हैं: स्वीकार्य आगे वर्तमान, आईए योजक, ए; बंद स्थिति में स्वीकार्य आगे वोल्टेज, यूए मैक्स, वी, स्वीकार्य रिवर्स वोल्टेज, यूबीमैक्स, वी।

कन्वर्टर सर्किट की ऑपरेटिंग क्षमताओं को ध्यान में रखते हुए थाइरिस्टर का अधिकतम फॉरवर्ड वोल्टेज अनुशंसित ऑपरेटिंग वोल्टेज से अधिक नहीं होना चाहिए।

चावल। 2 - थायरिस्टर प्रतीक, अर्धचालक संरचना आरेख और थाइरिस्टर वर्तमान-वोल्टेज विशेषता

एक महत्वपूर्ण पैरामीटर ओपन स्टेट में थाइरिस्टर का होल्डिंग करंट है, आईएसपी, ए, न्यूनतम फॉरवर्ड करंट है, जिसके निचले मूल्यों पर थाइरिस्टर बंद हो जाता है; कनवर्टर के न्यूनतम अनुमेय भार की गणना करने के लिए आवश्यक पैरामीटर।

अन्य प्रकार के रूपांतरण उपकरण

Triacs (सममितीय थाइरिस्टर) दोनों दिशाओं में धारा प्रवाहित करते हैं। ट्राइक की अर्धचालक संरचना में पाँच अर्धचालक परतें होती हैं और थाइरिस्टर की तुलना में अधिक जटिल विन्यास होता है। पी- और एन-परतों के संयोजन का उपयोग करके एक अर्धचालक संरचना तैयार की जाती है, जिसमें विभिन्न वोल्टेज ध्रुवों पर थाइरिस्टर की वर्तमान-वोल्टेज विशेषता की प्रत्यक्ष शाखा के अनुरूप स्थितियां पूरी होती हैं।

द्विध्रुवी ट्रांजिस्टरकुंजी मोड में काम करता है।ट्रांजिस्टर के मुख्य सर्किट में द्वि-परिचालन थाइरिस्टर के विपरीत, स्विच की संपूर्ण संचालन स्थिति में नियंत्रण संकेत बनाए रखना आवश्यक है। द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के साथ पूरी तरह से नियंत्रित स्विच को महसूस किया जा सकता है।

पीएच.डी. कोल्याडा एल.आई.