ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

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

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

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

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

Схема простейшего ВПУ - выпрямителя - показана на рис. 1, а. Изменяя момент отпирания управляемого вентиля, соединённого последовательно с нагрузкой, можно менять ср. значение приложенного к нагрузке выпрямленного напряжения (фазовое регулирование, рис. 1, б). Изменяя частоту подачи управляющих импульсов, также можно менять ср. значение выпрямленного напряжения (импульсное регулирование, рис. 1, в). В ВПУ с естеств. коммутацией вентиль запирается тогда, когда протекающий через него ток уменьшается до нуля. В ВПУ с искусств/ коммутацией вентиль может быть заперт коммутирующим устройством в любой момент времени (кривая изменения напряжения на нагрузке изображена на рис. 1, г). В выпрямителях такой способ управления режимом работы вентиля по сравнению с фазовым регулированием позволяет повысить коэфф. мощности на входе ВПУ. Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения обычно используют сглаживающие фильтры на выходе ВПУ. С этой же целью применяют несколько включённых параллельно ВПУ, питаемых переменными напряжениями, сдвинутыми друг относительно друга по фазе. В ВПУ - преобразователе частоты (рис. 2, а), подавая управляющие импульсы попеременно на вентили B₁ и В₂ (для положит, полуволны тока нагрузки) и В₃, В₄ (для отрицат. полуволны тока нагрузки) с частотой, более низкой, чем частота питающей сети, можно получить (при естеств. коммутации) напряжение, идеализированная форма к-рого показана на рис. 2, б. ВПУ с искусств, коммутацией можно получить переменное напряжение, частота к-рого может быть выше частоты питающей сети (рис. 2, в) и ограничивается лишь динамич. свойствами вентилей. Для изменения среднего значения выходного напряжения и в этом случае применяется фазовое или импульсное регулирование.

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

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

Рис. 2. Схема полупроводникового вен-тильного преобразователя частоты (а) и диаграммы его напряжений (б, в): Г| - период напряжения сети; Т₂, Т -период напряжения на нагрузке; остальные обозначения те же, что и на рис. 1.

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

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