Преобразователи электрической энергии

Преобразователь – это электротехническое устройство, преобразующее электроэнергию одних параметров или показателей качества в электроэнергию с другими значениями параметров или показателей качества. Параметрами электрической энергии могут являться род тока и напряжения, их частота, число фаз, фаза напряжения.

По характеру преобразования электроэнергии силовые преобразователи подразделяются на выпрямители, инверторы, преобразователи частоты, регуляторы напряжения переменного и постоянного тока, преобразователи числа фаз напряжения переменного тока.

В современных автоматизированных электроприводах применяются главным образом полупроводниковые тиристорные и транзисторные преобразователи постоянного и переменного тока.

Достоинствами полупроводниковых преобразователей являются широкие функциональные возможности управления процессом преобразования электроэнергии, высокие быстродействие и КПД, большие сроки службы, удобство и простота обслуживания при эксплуатации, широкие возможности по реализации защит, сигнализации, диагностирования и тестирования как самого электрического привода, так и технологического оборудования.

Вместе с тем, для полупроводниковых преобразователей характерны и определенные недостатки. К ним относятся: высокая чувствительность полупроводниковых приборов к перегрузкам по току, напряжению и скорости их изменения, низкая помехозащищенность, искажение синусоидальной формы тока и напряжения сети.

Выпрямителем называется преобразователь напряжения переменного тока в напряжение постоянного (выпрямленного) тока.

Неуправляемые выпрямители не обеспечивают регулирование напряжения на нагрузке и выполняются на полупроводниковых неуправляемых приборах односторонней проводимости — диодах.

Управляемые выпрямители выполняются на управляемых диодах — тиристорах и позволяют регулировать свое выходное напряжение за счет соответствующего управления тиристорами.

Выпрямители могут быть нереверсивными и реверсивными. Реверсивные выпрямители позволяют изменять полярность выпрямленного напряжения на своей нагрузке, а нереверсивные — нет. По числу фаз питающего входного напряжения переменного тока выпрямители подразделяются на однофазные и трехфазные, а по схеме силовой части — на мостовые и с нулевым выводом.

Инвертором называется преобразователь напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока. Эти преобразователи используются в составе преобразователей частоты в случае питания электропривода от сети переменного тока или в виде самостоятельного преобразователя при питании электропривода от источника постоянного напряжения.

В схемах электроприводов наибольшее применение нашли автономные инверторы напряжения и тока, реализуемые на тиристорах или транзисторах.

Автономные инверторы напряжения (АИН) имеют жесткую внешнюю характеристику, представляющую собой зависимость выходного напряжения от тока нагрузки, вследствие чего при изменении тока нагрузки их выходное напряжение практически не изменяется. Тем самым инвертор напряжения по отношению к нагрузке ведет себя как источник ЭДС.

Автономные инверторы тока (АИТ) имеют «мягкую» внешнюю характеристику и обладают свойствами источника тока. Тем самым инвертор тока по отношению к нагрузке ведет себя как источник тока.

Преобразователем частоты (ПЧ) называется преобразователь напряжения переменного тока стандартных частоты и напряжения в напряжение переменного тока регулируемой частоты. Полупроводниковые преобразователи частоты подразделяются на две группы: преобразователи частоты с непосредственной связью и преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока.

Лабораторный преобразователь частоты

Преобразователи частоты с непосредственной связью позволяют изменять частоту напряжения на нагрузке только в сторону ее уменьшения по сравнению с частотой напряжения источника питания. Преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока не имеют подобного ограничения и находят более широкое применение в электроприводе.

Промышленный преобразователь частоты для управления электроприводом

Регулятором напряжения переменного тока называется преобразователь напряжения переменного тока стандартных частоты и напряжения в регулируемое напряжение переменного тока той же частоты. Они могут быть одно- и трехфазными и используют в своей силовой части, как правило, однооперационные тиристоры.

Регулятором напряжения постоянного тока называется преобразователь нерегулируемого напряжения источника постоянною тока в регулируемое напряжение на нагрузке. В таких преобразователях используются силовые полупроводниковые управляемые ключи, работающие в импульсном режиме, а регулирование напряжения в них происходит за счет модуляции напряжения источника питания.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Статический преобразователь

Статический преобразователь — устройство, предназначенное для преобразования рода тока, напряжения и частоты в силовых, вспомогательных и низковольтных цепях управления и защиты на электроподвижном составе (ЭПС) и тяговых подстанциях, в устройствах связи и СЦБ, в депо и т. д. Статический преобразователь не содержит подвижных частей, состоит из трансформатора (на переменном токе), управляемых и неуправляемых вентилей, аппаратуры управления, охлаждения, защиты и сигнализации.

Классификация преобразователей

По виду применяемых вентилей статические преобразователи подразделяют на ионные (газотронные, ртутные) и полупроводниковые (кремниевые, селеновые, германиевые и др.); по типу вентилей — на диодные, тиристорные и диодно-тиристорные, с 1990-х годов получают распространение транзисторные преобразователи. На тяговых преобразователях подвижного состава в настоящее время применяются запираемые тиристоры (GTO) и транзисторы IGBT в зависимости от мощности привода.

По выполняемым функциям выделяют выпрямительные преобразователи, инверторные и выпрямительно-инверторные преобразователи; по способу регулирования напряжения — на импульсные (постоянного тока), импульсно-фазовые, зонно-фазовые, частотные, частотно-импульсные, широтно-импульсные и др.

Статические преобразователи могут быть зависимыми от питающего напряжения (для ЭПС переменного тока) и независимыми (для ЭПС постоянного тока); выполняются с охлаждением естественным и принудительным, воздушным и жидкостным (масляным), а также термосифонным.

Конструктивно статические преобразователи могут быть стационарными и передвижными, на ЭПС внутрикузовными (внутривагонными) и подвагонными.

Статические преобразователи силовых цепей подстанций и ЭПС изготовляют в виде шкафов или панелей, в которых устанавливают вентили. По схеме соединения вентилей различают статические преобразователи 2-, 4-плечевые (мостовые), 6-, 8-, 10-плечевые и другие с последовательно-параллельным включением вентилей.

На ЭПС применяют статические преобразователи в тяговом исполнении (см. рис.) с электрическими вентилями, выполненные с учётом соответствующих технических условий. В маломощных, низковольтных статических преобразователях используют вентили общетехнического изготовления.

На железной дороге распространены также полупроводниковые статические преобразователи, более надёжные по сравнению с ртутными, имеющие меньшие габаритные размеры и массу, больший срок службы, не токсичные при обслуживании и ремонте.

Статические преобразователи для ЭПС должны обеспечивать:

работоспособность ЭПС без ограничений мощности при выходе из строя одного из вентилей (в любом плече) и при повреждениях в цепях управления; удобную и быструю замену повреждённых вентилей;

устойчивую работу при изменении значения и формы питающего напряжения в установленных пределах.

При работе статические преобразователи открываются и закрываются в соответствии с заданным алгоритмом управления, в результате чего в нагрузке возникает ток в определённые периоды времени. На ЭПС устанавливают один или несколько силовых статических преобразователей, от каждого из которых питается один или несколько тяговых электродвигателей. Мощность таких статических преобразователей — до нескольких тысяч кВт, рабочее напряжение — от единиц до нескольких тысяч В; сила тока — от единиц до нескольких тысяч А.

Совершенствование статических преобразователей возможно в направлении улучшения их параметров, снижения габаритных размеров и массы, уменьшения числа вентилей при обеспечении той же мощности, повышения надёжности, упрощения системы обслуживания и ремонта.

История развития и области применения

Первыми на электрическом транспорте получили распространение ртутные (игнитронные) выпрямители, применявшиеся на тяговых подстанциях для преобразования тока промышленной частоты в постоянный. Они использовались также для питания тяговых двигателей на первых электровозах переменного тока. До 1960-х годов ртутные выпрямители оставались единственными аппаратами, имевшими массовое распространение.

Ртутные выпрямители имели ряд недостатков, главными из которых были большие габариты и опасность выделения ртутных паров при повреждении корпуса аппарата. По мере появления кремниевых и германиевых вентилей ртутные выпрямительные установки были заменены полупроводниковыми. Полупроводниковые диодные выпрямители до сих пор широко применяются на тяговых подстанциях постоянного тока, электровозах переменного тока, тепловозах с передачей переменно-постоянного тока.

С 1960-х годов предпринимались попытки создания бестрансформаторных преобразователей постоянного тока и инверторов на основе тиристоров, но преобразователи на их основе имели низкую надежность, высокую стоимость и большие габариты, что сдерживало их массовое применение. Сдерживал их распространение и низкий технический уровень большинства эксплуатационных предприятий. Отдельные полупроводниковые приборы имели малое напряжение пробоя и номинальный ток, что приводило к необходимости применения в силовых преобразователях сборок с большим числом приборов. Предлагались схемы ЭПС, в которых тиристорные преобразователи тягового тока использовались совместно с контактными аппаратами, а иногда и с реостатным регулированием для уменьшения числа ступеней и повышения плавности регулирования, однако они не получили массового применения.

Основными областями применения тиристорных преобразователей были управляемые выпрямители на тяговых подстанциях, где требования к массогабаритным характеристикам менее жесткие, а также преобразователи собственных нужд и регуляторы поля тяговых двигателей на подвижном составе, так как в этих цепях коммутируемые токи сравнительно малы.

Начиная с 2000-х годов в России массово строится подвижной состав ГЭТ и метрополитена с тяговыми преобразователями на основе IGBT-транзисторов, как изменяющих напряжение постоянного тока на коллекторных двигателях, так и автономных инверторов для питания асинхронных тяговых двигателей.

На железной дороге в 1990-х и 2000-х годах испытывались и эксплуатировались опытные образцы и малые серии (например, ЭП10) подвижного состава с преобразователями зарубежного производства на основе вентилей GTO, но массовое применение тяговых статических преобразователей на современной элементной базе начато только с серийным производством электровозов 2ЭС10 в 2012 году.

Источник

Пояснения к ТН ВЭД ЕАЭС

Пояснения к ТН ВЭД содержат перевод с английского языка Пояснений к Гармонизированной системе описания и кодирования товаров («Explanatory Notes to the Harmonized Commodity Description and Coding System»), разработанных Всемирной таможенной организацией (Советом таможенного сотрудничества). Дополнены пояснениями к детализации позиций Гармонизированной системы, соответствующими Пояснениям к Комбинированной номенклатуре Европейского сообщества («Explanatory Notes to the Combined Nomenclature of the European Union»), разработанной Комиссией Европейского сообщества, и национальными пояснениями.

I. Электрические трансформаторы

Электрические трансформаторы представляют собой устройства, которые без каких-либо движущихся частей преобразуют с помощью индукции и с применением жестко настроенной или регулируемой системы переменный ток с одними параметрами в переменный ток с другими параметрами (с иным напряжением, другим полным сопротивлением и т.д.). Как правило, трансформаторы представляют собой одну или две катушки изолированного провода, намотанного на пластинчатые железные сердечники, хотя в некоторых случаях (например, в радиочастотных трансформаторах) может не быть магнитного сердечника или же сердечник может быть выполнен из агломерированной пылевидной фракции железа, феррита и т.д. Переменный ток одной катушки (первичной цепи) возбуждает переменный ток обычно другой силы и напряжения в других катушках (вторичная цепь). В некоторых случаях (автотрансформаторы) имеется только одна катушка, причем часть ее обмотки является общей для первичной и вторичной цепей. В броневых трансформаторах вокруг трансформатора имеется кожух из пластинчатой стали.

Некоторые трансформаторы предназначены для конкретных целей, например, согласующие трансформаторы для согласования полного сопротивления одной цепи с другой и измерительные приборные трансформаторы (трансформаторы силы тока и напряжения, комбинированные измерительные трансформаторы), применяемые для понижения или повышения напряжения или силы тока до уровня подсоединенного к ним оборудования, например, измерительных приборов, электрических счетчиков или защитных реле.

В данную товарную позицию включаются все типы трансформаторов. Они могут быть от балластных для управления током, протекающим через газоразрядные лампы или трубки, небольших, применяемых в радиоприемниках, приборах, игрушках и т.д., до мощных агрегатов, заключенных в масляные резервуары или укомплектованных радиаторами, вентиляторами и т.д. для охлаждения. Мощные агрегаты применяются на электростанциях, распределительных станциях или подстанциях. Частота может колебаться от частоты сети до очень высоких радиочастот. В данную товарную позицию включаются симметрирующие трансформаторы, которые снижают электромагнитные помехи за счет уравновешивания импеданса в двухпроводных линиях.

Мощность трансформатора определяется как полезная мощность в киловольт-амперах в стационарном режиме при номинальном вторичном напряжении (или силе тока в тех случаях, когда это справедливо), а также при номинальной частоте и без превышения номинальных ограничений по температуре.

Трансформаторы для электросварочного оборудования, поставляемые отдельно без сварочных головок или сварочных приспособлений, включаются в данную товарную позицию. Однако они не включаются в нее (товарная позиция 8515), когда они поставляются вместе со сварочными головками или сварочными приспособлениями.

В данную товарную позицию также включаются индукционные катушки, то есть своего рода трансформаторы, в которых прерывистый или меняющийся постоянный ток в первичных элементах возбуждает соответствующий ток во вторичных. Они могут применяться либо для того, чтобы повышать напряжение до более высокого значения, или, как в телефонной связи, для того, чтобы воспроизводить во вторичных цепях слабые колебания тока, соответствующие колебаниям, накладываемым на постоянный ток в установившемся режиме в первичной цепи. В данную товарную позицию включаются индукционные катушки всех видов, за исключением оборудования для зажигания двигателей внутреннего сгорания (товарная позиция 8511).

II. Статические электрические преобразователи

Оборудование данного вида применяется для преобразования электроэнергии до параметров, необходимых для ее дальнейшего использования. Оно включает в себя преобразующие элементы (например, лампы) различных типов. Оно также может иметь и различные вспомогательные устройства (например, трансформаторы, индукционные катушки, резисторы, контроллеры и т.д.). Принцип работы заключается в том, что преобразующие элементы могут действовать попеременно: то как проводники, то как непроводники тока.

То, что это оборудование часто включает в себя дополнительные цепи для регулирования напряжения выходного тока, не влияет на его классификацию в данной группе; точно так же на это не влияет и то, что оно иногда рассматривается как регулятор напряжения или тока.

К данному оборудованию относятся:

А. Выпрямители, преобразующие переменный ток (одно- или многофазный) в постоянный ток, что обычно сопровождается изменением напряжения.

Б. Инверторы, преобразующие постоянный ток в переменный.

В. Преобразователи переменного тока и преобразователи частоты, с помощью которых переменный ток (одно- или многофазный) преобразуется в ток другой частоты или напряжения.

Г. Преобразователи постоянного тока, с помощью которых постоянный ток преобразуется в ток другого напряжения.

Электрические статические преобразователи можно подразделить на следующие основные категории в соответствии с типом преобразующего элемента, которым они укомплектованы:

1. Полупроводниковые преобразователи, основанные на явлении односторонней проводимости между определенными кристаллами. Такие преобразователи представляют собой полупроводник (преобразовательный элемент) плюс различные другие устройства (например, радиаторы, ленточные проводники, приводы, регуляторы, управляющие цепи).

а) монокристаллические полупроводниковые выпрямители, в которых в качестве преобразовательного элемента применяется устройство, содержащее кристаллы кремния или германия (диод, тиристор, транзистор);

б) поликристаллические полупроводниковые выпрямители, в которых применяется диск из селена.

2. Газоразрядные преобразователи, такие как:

а) ртутно-дуговые выпрямители. Их преобразовательный элемент представляет собой стеклянную оболочку или металлический вакуумный корпус, в котором находится ртутный катод и один или несколько анодов, через которые пропускается выпрямляемый ток. Они комплектуются вспомогательными устройствами, например, для охлаждения и иногда для поддержания вакуума.

Существуют две категории газоразрядных выпрямителей, различающихся по механизму действия устройства для придания первоначального заряда: «экситроны» (с разрядными анодами) и «игнитроны» (с поджигающими электродами);

б) термоионные выпрямители с катодами накаливания. Их преобразовательный элемент (например, тиратрон) сходен с соответствующим элементом ртутно-дуговых выпрямителей с той разницей, что он имеет катод накаливания вместо ртутного катода.

3. Преобразователи с механическим преобразовательным элементом, основанные на использовании односторонней проводимости различных контактов, такие как:

а) контактные выпрямители (например; выпрямители с кулачковыми валами), в которых имеется устройство, металлические контакты которого размыкаются и замыкаются синхронно с частотой выпрямляемого переменного тока;

б) ртутные струйные выпрямители с вращающейся струей ртути, синхронизированной по частоте переменного тока, которая ударяет в неподвижный контакт;

в) вибраторные выпрямители с тонким металлическим язычком, который колеблется с частотой переменного тока; язычок дотрагивается до контакта, размещенного таким образом, что из источника поступает электроэнергия.

4. Электролитические выпрямители, действие которых основано на том, что сочетание определенных веществ, применяемых в качестве электродов, в сочетании с определенными жидкостями в качестве электролитов обеспечивает протекание тока только в одном направлении.

Электрические статические преобразователи могут применяться в различных целях, например:

1. Как преобразователи для питания привода стационарных машин или транспортных средств с электрическим приводом (например, локомотивов).

2. Как преобразовательные источники питания, такие как зарядные устройства аккумуляторов (которые представляют собой в основном выпрямители с соответствующим трансформатором и оборудованием регулирования тока), преобразователи для гальванизации и электролиза, аварийные энергоисточники, преобразователи для установок, производящих постоянный ток высокого напряжения, преобразователи для нагревательных целей и для питания электромагнитов.

Также сюда относятся преобразователи, известные как генераторы высокого напряжения (применяются, в частности, в радиоаппаратуре, эмиссионных трубках, микроволновых трубках, ионно-лучевых трубках), которые преобразуют ток от любого источника, обычно сети, в постоянный ток высокого напряжения, необходимый для питания соответствующего оборудования, преобразование выполняется с помощью выпрямителей, трансформаторов и т.д.

В данную товарную позицию также включаются стабилизированные источники питания (выпрямители, объединенные с регулятором), например, блоки бесперебойного электропитания для ряда электронного оборудования.

Однако генераторы высокого напряжения (или трансформаторы), специально предназначенные для радиологической аппаратуры, входят в товарную позицию 9022. Автоматические регуляторы напряжения включаются в товарную позиции 9032.

III. Катушки индуктивности и дроссели

Представляют собой катушку провода, которая при подключении к цепи переменного тока своей самоиндукцией ограничивает или предотвращает протекание переменного тока. Сюда относятся устройства от небольших дросселей, применяемых в радиосхемах, приборах и т.д., до крупных катушек, часто заливаемых бетоном и применяемых в силовых сетях (например, для ограничения тока на случай короткого замыкания).

Катушки индуктивности и дроссели или индукторы в виде отдельных элементов, полученных путем печатного процесса, включаются в данную товарную позицию.

Отклоняющие катушки для электронно-лучевых трубок входят в товарную позицию 8540.

Части

При условии соблюдения общих положений, относящихся к классификации частей (см. общие положения к разделу XVI), части изделий данной товарной позиции также включаются в данную товарную позицию. В частности, ртутно-дуговые выпрямители с металлическим корпусом с насосом или без него всегда включаются как части.

Однако большая часть электрических компонентов устройств данной товарной позиции находится в других товарных позициях данной группы, например:

а) различные переключатели товарной позиции 8536 (например, переключатели, применяемые с многоконтактными трансформаторами);

б) вакуумные или наполненные парами ртути выпрямительные лампы и трубки (кроме принадлежащих к типу с металлическими корпусами) и тиратроны (товарная позиция 8540);

в) полупроводниковые диоды, транзисторы и тиристоры (товарная позиция 8541);

г) изделия товарной позиции 8542.

Определение термина «электронные модули» см. в пояснениях к подсубпозициям 8443 99 100 1 и 8443 99 100 9.

Определение термина «электронные модули» см. в пояснениях к подсубпозициям 8443 99 100 1 и 8443 99 100 9.

Источник