Силовые преобразователи энергии: типы, принципы работы и применение

alexxlabПреобразовател
Что такое силовые преобразователи энергии. Какие основные типы преобразователей существуют. Как работают выпрямители, инверторы и стабилизаторы. Где применяются силовые преобразователи в промышленности и быту.

Содержание

Виды и назначение силовых преобразователей энергии

Силовые преобразователи энергии — это устройства, предназначенные для изменения параметров электрической энергии (напряжения, тока, частоты) с целью ее эффективного использования. Основными типами силовых преобразователей являются:

  • Выпрямители — преобразуют переменный ток в постоянный
  • Инверторы — преобразуют постоянный ток в переменный
  • Преобразователи частоты — изменяют частоту переменного тока
  • Стабилизаторы напряжения — поддерживают постоянное напряжение
  • Конверторы — преобразуют один уровень постоянного напряжения в другой

Каждый тип преобразователей решает определенные задачи по адаптации электроэнергии под нужды конкретных потребителей и оборудования.

Принцип работы выпрямителей

Выпрямители преобразуют переменное напряжение сети в постоянное. Как это происходит:


  1. Переменное напряжение подается на первичную обмотку трансформатора
  2. На вторичной обмотке формируется переменное напряжение нужного уровня
  3. Диодный мост пропускает ток только в одном направлении, выпрямляя его
  4. Сглаживающий фильтр уменьшает пульсации выпрямленного напряжения

В результате на выходе выпрямителя получается постоянное напряжение, которое можно использовать для питания различных устройств.

Особенности работы инверторов

Инверторы выполняют обратное преобразование — из постоянного тока в переменный. Принцип их работы:

  • Постоянное напряжение подается на вход инвертора
  • С помощью электронных ключей (транзисторов или тиристоров) оно преобразуется в переменное прямоугольной формы
  • Затем сигнал фильтруется для получения синусоидального напряжения
  • Трансформатор повышает напряжение до требуемого уровня

Современные инверторы позволяют получать переменное напряжение заданной частоты и амплитуды.

Преобразователи частоты: принцип действия

Преобразователи частоты изменяют частоту переменного тока. Их работа основана на двойном преобразовании:


  1. Входное переменное напряжение выпрямляется
  2. Полученное постоянное напряжение преобразуется инвертором в переменное нужной частоты
  3. Специальные схемы управления задают требуемую частоту выходного напряжения

Это позволяет плавно регулировать скорость вращения электродвигателей переменного тока.

Как работают стабилизаторы напряжения

Стабилизаторы поддерживают постоянное выходное напряжение при колебаниях входного. Существует два основных типа:

Релейные стабилизаторы

  • Используют переключение обмоток трансформатора
  • Обеспечивают ступенчатую стабилизацию
  • Имеют высокую мощность, но низкую точность

Электронные стабилизаторы

  • Основаны на быстродействующих тиристорных ключах
  • Обеспечивают плавную стабилизацию
  • Более точные, но менее мощные

Выбор типа стабилизатора зависит от конкретных требований по точности и мощности.

Области применения силовых преобразователей

Силовые преобразователи энергии широко используются в различных отраслях:

  • Промышленность — управление электроприводами станков и механизмов
  • Энергетика — передача электроэнергии на большие расстояния
  • Транспорт — системы электроснабжения электровозов, трамваев, троллейбусов
  • Бытовая техника — источники бесперебойного питания, зарядные устройства
  • Возобновляемая энергетика — преобразователи для солнечных и ветряных электростанций

Развитие силовой электроники позволяет создавать все более эффективные и компактные преобразователи энергии.


Преимущества современных силовых преобразователей

Современные силовые преобразователи обладают рядом важных преимуществ:

  • Высокий КПД (до 98-99%) благодаря применению новых полупроводниковых приборов
  • Компактные размеры и малый вес за счет использования высоких частот преобразования
  • Широкие возможности регулирования выходных параметров
  • Высокая надежность и длительный срок службы
  • Возможность рекуперации энергии обратно в сеть

Это делает их незаменимыми во многих современных энергетических системах.

Основные элементы силовых преобразователей

В состав силовых преобразователей входят следующие ключевые элементы:

  • Силовые полупроводниковые приборы (диоды, тиристоры, транзисторы)
  • Трансформаторы и дроссели
  • Конденсаторы большой емкости
  • Системы управления на микроконтроллерах
  • Датчики тока и напряжения
  • Устройства защиты и коммутации

Правильный выбор и расчет этих компонентов определяет характеристики преобразователя.

Тенденции развития силовой преобразовательной техники

Основные направления совершенствования силовых преобразователей:


  • Повышение рабочих частот для уменьшения габаритов
  • Применение новых типов силовых полупроводников (SiC, GaN)
  • Внедрение цифровых систем управления
  • Разработка «умных» преобразователей с функциями самодиагностики
  • Создание модульных масштабируемых систем

Это позволяет постоянно улучшать характеристики и расширять области применения силовых преобразователей энергии.


Силовые преобразователи энергии

Силовые преобразователи энергии

Воронов А.В. Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень

Долинин М.О. Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень

Поршнева К.А. Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень

Хисматуллина И.З. Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень

Венгеров А.А. доцент, Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень

Ключевые слова: преобразователь энергии, полупроводниковые ключи, конденсатор

Рассмотрены силовые преобразователи электроэнергии. Распространенными типами конденсаторов переменного тока в преобразовательной технике являются металлобумажные и бумажно-фольговые конденсаторы.

Литература:

1. Петрович В.П., Воронина Н.А., Глазичев А.В. Силовые преобразователи электрической энергии: Учеб. пособие. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. – 240 с.

Основными элементами силовых преобразователей электроэнергии являются:

• силовые полупроводниковые ключи;

• электрические конденсаторы;

• резисторы индуктивности.

Все перечисленные силовые преобразовательные устройств выполняются на основе силовых полупроводниковых ключей (управляемых или неуправляемых). Классификационная схема таких ключей представлена на рис. 1.

В силовых преобразователях электрической энергии конденсаторы широко используются:

• как элементы фильтров постоянного и переменного тока;

• как накопители энергии;

• как элементы узлов принудительной коммутации;

• как элементы защиты полупроводниковых приборов и для решения ряда других задач.

Распространенными типами конденсаторов переменного тока в преобразовательной технике являются металлобумажные и бумажно-фольговые конденсаторы. Металлобумажные конденсаторы типов МБГЧ, КЧ2У-2, К-75-10 и др. используются в преобразователях малой и средней мощности. Они выпускаются на напряжение от 0,25 до 1кВ и номинальную частоту 50 Гц. Фольговые конденсаторы типов КС, ЭС, ЭСВ и др. используют в преобразователях большой мощности. Они выпускаются на напряжения от 0,38 до 10 кВ и номинальные частоты от 50 Гц до 8 кГц.

Основным критерием при выборе типа конденсатора в преобразователях является обеспечение минимальных значений их массы и объема при заданных технических условиях и сроке службе. Основными техническими параметрами, характеризующими режим работы конденсатора при синусоидальном напряжении, являются действующие значения напряжения, тока и частоты, при которых работает конденсатор. Напряжение и частота определяют мощность потерь в диэлектрике:

где: Uc – действующее значение напряжения на конденсаторе;

f – рабочая частота;

С – емкость конденсатора;

tg δ – тангенс угла потерь в диэлектрике конденсатора (указывается в паспортных данных конденсатора).

В преобразовательной технике наибольшее распространение из электролитических конденсаторов получили конденсаторы типа К-50-12, которые широко используются в цепях постоянного тока низкого напряжения (до 100 В).

В цепях с более высоким напряжением обычно используют металлобумажные конденсаторы постоянного тока, например, типа МБГО, но они обладают низкими значениями удельной емкости. Поэтому на высокие напряжения были также разработаны электролитические конденсаторы, например, типа К-75-12, имеющие лучшие массогабаритные показатели по сравнению с металлобумажными конденсаторами на такое же напряжение.

Для Цитирования:

Воронов А.В., Долинин М.О., Поршнева К.А., Хисматуллина И.З., Венгеров А.А., Силовые преобразователи энергии. Электроцех. 2017;4.

Полная версия статьи доступна подписчикам журнала

Для Цитирования:

Воронов А.В., Долинин М.О., Поршнева К.А., Хисматуллина И.З., Венгеров А.А., Силовые преобразователи энергии. Электроцех. 2017;4.

ФИО

Ваш e-mail

Ваш телефон

Нажимая кнопку «Получить доступ» вы даёте своё согласие обработку своих персональных данных

Ваше имя

Ваша фамилия

Ваш e-mail

Ваш телефон

Придумайте пароль

Пароль еще раз

Запомнить меня

Информируйте меня обо всех новостях и спецпредложениях по почте

На указанный Вами номер телефона был отправлен код подтверждения.
Повторно запросить код можно будет через секунд.

Код подтверждения

На указанный Вами номер телефона был отправлен код подтверждения.
Повторно запросить код можно будет через секунд.

Код подтверждения

На указанный Вами номер телефона был отправлен код подтверждения.
Повторно запросить код можно будет через секунд.

Код подтверждения

Логин

Пароль

Ваше имя:

Ваш e-mail:

Ваш телефон:

Сообщение:

На сайте используется защита от спама reCAPTCHA и применяются Условия использования и Конфиденциальность Google

Использовать это устройство?

Одновременно использовать один аккаунт разрешено только с одного устройства.

На указанный Вами номер телефона был отправлен код подтверждения.
Повторно запросить код можно будет через секунд.

Код подтверждения

×

Мы перевели вас на Русскую версию сайта
You have been redirected to the Russian version

Мы используем куки

Силовая преобразовательная техника

К силовой преобразовательной технике относятся выпрямители, стабилизаторы и инверторы. Выпрямители представляют собой устройства, преобразующие переменный электрический ток на входе в постоянный на выходе. При этом постоянный выходной ток в большинстве выпрямителей является пульсирующим, и для его сглаживания используются специальные фильтры. Ниже представлен выпрямитель, построенный по мостовой схеме, которая является на сегодняшний день самой распространенной.

Переменный электрический ток с вторичной обмотки трансформатора Т преобразуется в постоянный пульсирующий диодным мостом М и сглаживается емкостью С. Далее постоянный ток используется для питания нагрузки RI.

Стабилизаторы служат для того, чтобы обеспечить выходное напряжение, которое не зависит от колебаний входного, получаемого из внешнего источника питания. Существует два основных типа этих устройств: стабилизаторы постоянного тока и стабилизаторы переменного тока. Существует несколько схемотехнических решений стабилизаторов, одной из которых является феррорезонансная.

Изменения входного напряжения Uвх почти не оказывают влияния на магнитный поток дросселя Др1, работающего в режиме насыщения. Его вспомогательная обмотка Wk сглаживает небольшие колебания, а с феррорезонансного контура, который образуют ненасыщенный дроссель Др2 и емкость С, снимается стабилизированное напряжение Uвых.

НЕОБХОДИМА КОНСУЛЬТАЦИЯ?

Позвоните:

+7 (495) 730-73-62,
+7 (495) 730-73-63,
+7 (925) 517-34-27

или заполните простую форму

Инверторы (преобразователи частоты) используются тогда, кода необходимо переменный или постоянный ток преобразовать в переменный заданной частоты. При этом большинство современных инверторов имеют возможность плавной или же ступенчатой регулировки частоты выходного напряжения. Преобразователи частоты используют в качестве ключей либо тиристоры, либо транзисторные IGBT-модули. Для обеспечения энергоснабжения электрических установок большой мощности чаще всего используются тиристорные инверторы, поскольку они лучше, чем транзисторные, переносят большие нагрузки, могут иметь рабочее напряжение в десятки киловольт и обеспечивать стабильную выходную мощность в несколько мегаватт. Блок-схема типичного современного преобразователя частоты с явно выраженным звеном постоянного тока имеет следующий вид:

На вход инвертора подается переменное напряжение исходной частоты, которое выпрямляется входным выпрямителем. В звене постоянного тока происходит его сглаживание и фильтрация. Далее постоянный ток в выходном инверторе преобразуется в переменный, имеющий частоту, отличную от входного. Согласование и мониторинг работы всех модулей преобразователя частоты осуществляется при помощи управляющего блока.

Силовая преобразовательная техника в подавляющем большинстве случаев работает в условиях повышенных нагрузок, поскольку призвана обеспечивать бесперебойное обеспечение энергией электроустановок большой мощности. Это означает, что к ней предъявляются повышенные требования относительно надежности конструкции и применяемой элементной базы. Как известно, одними из наиболее уязвимых электронных компонентов являются конденсаторы. В силовой преобразовательной технике они применяются практически повсеместно. Обязательным компонентом силовых выпрямителей являются сглаживающие фильтры, конструкция которых основывается на свойствах емкостей. В стабилизаторах конденсаторы являются элементами феррорезонансных колебательных контуров, с которых снимается стабилизированное напряжение. Все без исключения тиристорные инверторы снабжаются накопительными конденсаторами, которые используются в системах управления, а также демпферными емкостями, защищающими преобразователи частоты от перегрузок в момент разрыва ключа.

Устаревшие типы конденсаторов, до сих пор применяемые в силовой преобразовательной технике, не отличаются большой надежностью и довольно часто выходят из строя из-за пробоев. Это существенно осложняет эксплуатацию и обслуживание силовых устройств, а также ведет к прямым финансовым потерям, вызванным их вынужденными простоями. Поэтому проблема обеспечения силовой преобразовательной техники надежными и долговечными конденсаторами приобретает особую актуальность.

Продукция завода «Нюкон» отвечает самым строгим требованиям, предъявляемым к современным силовым конденсаторам. Передовая технология локализованного управляемого самовосстановления, используемая при производстве конденсаторов «Нюкон», позволяет гарантировать их высочайшую надежность и устойчивость к пробоям. В отличие от традиционных конденсаторов, они состоят из множества ячеек, каждая из которых снабжена отдельным предохранителем. Если происходит пробой, то он затрагивают только одну отдельно взятую ячейку, остальные по-прежнему остаются в рабочем состоянии, а конденсатор исправно выполняет свою функцию и не требует замены. Что касается емкости, то она изменяется совсем незначительно, и к концу срока службы конденсатора составляет не менее 98% от исходной.

Силовые конденсаторы «Нюкон», помимо высочайшей надежности, обладают еще и рядом других существенных преимуществ. Они имеют очень высокие показатели объемной плотности энергии. Это позволяет совместить в конденсаторах «Нюкон» такие характеристики, как большая емкость и компактные размеры. Качество продукции завода «Нюкон» и соответствие ее международным стандартам подтверждается несколькими общепризнанными сертификатами.

Отечественные производители силовой преобразовательной техники чаще всего закупают для своей продукции современные конденсаторы импортного производства. Это сопряжено со многими проблемами и неудобствами такими как, обязательное прохождение таможенных процедур, не всегда удобные сроки поставок и т.п. Среди российских производителей силовых конденсаторов только завод «Нюкон» в состоянии составить серьезную конкуренцию зарубежным фирмам, а отечественных соперников он не имеет вообще.

Power Converters — Epic Power Converters

Перейти к содержимому

Эдисону это понравится

двунаправленные DC/DC преобразователи, выходящие за рамки современного уровня техники

epic power

#dcpoweredfuture

3 решения

3 Будущее с питанием от постоянного тока

Наши решения

Сообщения

В течение этого года мы получили 3 важных сертификата, которые гарантируют нашим клиентам, что наши процессы будут лучше, более контролируемыми, более конкурентоспособными и т. д.

Читать далее

Сообщения

Этот документ подробно описывает поток коммуникаций CAN в зависимости от режима EPC….

Читать далее

Сообщения

Начиная с обеда 19 октября и заканчивая 21 октября представители консорциума Hyflow встретились в Сарагосе, Испания, на площадке партнера…

Продолжить чтение

Сообщений

После прошлогодней отмены из-за covid-19 мы рады сообщить, что в этом году мы снова будем присутствовать на выставке SPS 2022. Это…

Продолжить чтение

Сообщений

Epic Power разработала пилотный проект при поддержке Министерства экологического перехода и демографических проблем в рамках гранта номер PGE-MOVES-SING-2019-000070. Этот проект демонстрирует, как интегрировать наши изолированные двунаправленные преобразователи постоянного тока в постоянный (EPC) в EVSE мощностью 20 кВт, который способен заряжать и/или разряжать два автомобиля одновременно (CCS и CHAdeMO по одному на каждый). Для этой цели была создана небольшая микросеть постоянного тока с фотоэлектрической цепочкой, обеспечивающей до 4,6 кВт/ч в солнечный день. Панели PV подключены к сети постоянного тока с помощью другого преобразователя EPC с возможностью MPPT….

Читать далее

Сообщения

Рады и гордимся тем, что являемся спонсорами FEPYMA (Испанская федерация малых и средних предприятий лифтовой отрасли)! Мы хотим быть ближе к малым и средним предприятиям в лифтовой отрасли…

Читать далее

Сообщения

С 26 по 29 сентября мы будем на выставке Interlift в Аугсбурге. Хотите знать, как получить часы поездок без сети?…

Продолжить чтение

Сообщений

Наша система рекуперации энергии ERS теперь становится (даже) более универсальной с ERS 300V. Систему можно использовать в странах с напряжением 110 В переменного тока……

Продолжить чтение

Сообщений

Установка литиевой батареи для гибридной свинцово-литиевой системы для Elívere Solar почти завершена! При минимальных вложениях они получат, среди прочего, такие преимущества, как:…

Читать далее

Сообщений

Возобновляемые источники энергии становятся тенденцией в структуре производства энергии. Особенно, когда энергию необходимо производить локально, фотоэлектрические установки являются наиболее популярными. Солнечные панели также испытали значительное снижение стоимости и благоприятное регулирование со стороны правительств, чтобы упростить и ускорить новые установки……

Продолжить чтение

Новости и тематические исследования

Имя*
Пожалуйста, оставьте это поле пустым.

Фамилия*

Электронная почта*

Компания*

Vмин. сторона низкого напряжения [В]*

Vмакс. сторона низкого напряжения [В]*

Vмин. сторона высокого напряжения [В]*

Vмакс. сторона высокого напряжения [В]*

Мощность [кВт]*

Управление
АвтономныйCANДругое (указать)

Рабочий цикл
0-20%20%-40%40%-60%60%-80%80%-100%

Замечания

Прикрепленный файл:

* Обязательные поля

Я подтверждаю, что прочитал и принимаю политику конфиденциальности / Confirmo que he leído y acepto la politica de privacidad

Преобразователи напряжения для путешествий и поставщики электроэнергии 13.8

Тип продукта
  • Переходные заглушки
  • Блоки питания
  • Силовые преобразователи
  • Шнуры генератора
  • Замки TSA

ПопулярныеЛучшие продажиПо алфавиту, от A до ZПо алфавиту, от Z до AЦена, от низкой к высокойЦена, от высокой к низкойДата, от новой к старойДата, от старой к новой

Вход Тип А, Б
Выход А, С, Г, И
USB-порты 4
Количество входных разъемов 2
Заземленный
Защита от перенапряжения