Большая Советская Энциклопедия (ПР)

  В зависимости от вида основных элементов силовых цепей преобразовательных устройств последние подразделяют на электромашинные и статические (электромагнитные и вентильные). К электромашинным преобразовательным 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 гальваническую развязку электрических цепей и т.д. Электромашинные преобразователи (главным образом двигатель-генераторные агрегаты ) применяют преимущественно в автономных системах электроснабжения и в некоторых промышленных электроприводах . Электромагнитные преобразователи применяются редко, преимущественно в качестве делителей и умножителей частоты. Вентильные преобразовательные устройства (ВПУ), основной элемент которых — вентиль электрический , имеют малую инерционность, высокий кпд, хорошие эксплуатационные 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 специальных ВПУ. Полупроводниковые (ПП) вентили (транзисторы , полупроводниковые диоды и тиристоры ) благодаря компактности, мгновенной готовности к работе, высокому кпд, простоте управления и большому сроку службы к середине 70-х гг. 20 в. практически полностью вытеснили др. вентили в ВПУ массового применения. В низковольтных ВПУ малой и средней мощности (~ 10² —10³ вт ) используют транзисторы, работающие в ключевом режиме; в ВПУ большой мощности (~ 10⁵ —10⁸ вт ) 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 естественной и искусственной (принудительной) коммутацией . Естественная коммутация может быть реализована в ВПУ как с управляемыми, так и с неуправляемыми вентилями. Искусственная коммутация осуществляется, как правило, в ВПУ с управляемыми вентилями. В ВПУ обоих видов вентиль переводится в состояние высокой проводимости (отпирается) управляющим сигналом при наличии соответствующих 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).

  Схема простейшего ВПУ — выпрямителя— показана на рис. 1, а . Изменяя момент отпирания управляемого вентиля, соединённого последовательно с нагрузкой, можно менять среднее значение приложенного к нагрузке выпрямленного напряжения (фазовое регулирование, рис. 1, б ). Изменяя частоту подачи управляющих импульсов, также можно менять среднее значение выпрямленного напряжения (импульсное регулирование, рис. 1, б ). В ВПУ с естественной коммутацией вентиль запирается тогда, когда протекающий через него ток уменьшается до нуля. В ВПУ с искусственной 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 коэффициент мощности на входе ВПУ. Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения обычно используют сглаживающие фильтры на выходе ВПУ. С этой же целью применяют несколько включенных 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 B₂ (для положительной полуволны тока нагрузки) и B₃ , B₄ (для отрицательной полуволны тока нагрузки) с частотой, более низкой, чем частота питающей сети, можно получить (при естественной коммутации) напряжение, идеализированная форма которого показана на рис. 2, б . В ВПУ с искусственной коммутацией можно получить переменное напряжение, частота которого может быть выше частоты питающей сети (рис. 2, в ) и ограничивается лишь динамическими свойствами вентилей. Для изменения среднего значения выходного напряжения и в этом случае применяется фазовое или импульсное регулирование.