Виды компонентной базы преобразователей энергии.

Умформер. - Чаще всего представляет собой электродвигатель, соединенный валом с генератором. В конструкцию также вводятся дополнительные устройства для стабилизации выходного напряжения и частоты. Известны также умформеры с единым ротором, в которых обмотки разного рода тока разъединены. Обмотки постоянного тока выводятся на коллектор, а переменного — на контактные кольца. Также есть машины с общими обмотками для разного рода тока. Умформеры могут применятся для преобразования таких параметров как род тока, напряжение и частота.

К достоинствам умформера можно отнести низкий коэффициент нелинейных искажений, высокий КПД преобразования, фильтрация бросков тока при резком изменении нагрузки и кратковременном отключении питающего напряжения за счет инерции ротора, получение на выходе почти идеального синусоидального напряжения, без шумов, связанных с работой других потребителей сети, возможность получить на выходе трехфазное напряжение без какого-либо существенного усложнения конструкции, большие мощности а также возможность преобразования постоянного тока и устойчивость к радиации. Недостатками умформера являются: материалоемкость при производстве и связанная с этим высокая стоимость, наличие изнашивающихся подвижных частей, вибрация и шум, необходимость технического обслуживания (смазка подшипников, чистка коллекторов, замена щеток в коллекторных машинах).

В настоящее время, умформер вытеснен из мобильных применений твердотельными преобразователями, а также более широким использованием низковольтной аппаратуры. По-прежнему выгодно применяется в промышленности и энергетике для преобразования сравнительно больших мощностей. Перспективно применение умформеров на основе асинхронизированных синхронных машин для передачи мощностей между сетями 50 и 60 Гц.

Трансформатор - статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования напряжений переменного тока без изменения частоты посредством магнитной индукции. Трансформатор применяется в самых различных областях — электроэнергетике, электронике, радиотехнике и др.

Классификацию трансформаторов можно произвести по нескольким признакам:

1. По назначению - трансформаторы разделяют на силовые общего и специального применения. Силовые трансформаторы общего применения используются в линиях передачи и распределения электроэнергии. Для режима их работы характерна частота переменного тока 50 Гц и очень малые отклонения первичного и вторичного напряжений от номинальных значений. К трансформаторам специального назначения относятся силовые специальные (печные, выпрямительные, сварочные, радиотрансформаторы), измерительные и испытательные трансформаторы, трансформаторы для преобразования числа фаз, формы кривой ЭДС, частоты и т.д.

2. По виду охлаждения – с воздушным (сухие трансформаторы) и масляным (масляные трансформаторы) охлаждением.

3. По числу фаз на первичной стороне – однофазные и трёхфазные.

4. По форме магнитопровода – стержневые, броневые, тороидальные.

5. По числу обмоток на фазу – двухобмоточные, трёхобмоточные, многообмоточные (более трёх обмоток).

6. По конструкции обмоток – с концентрическими и чередующимися (дисковыми) обмотками.

Также, трансформаторы делятся по видам:

Силовой трансформатор переменного тока — трансформатор, предназначенный для преобразования электрической энергии в электрических сетях и в установках, предназначенных для приёма и использования электрической энергии. Силовой трансформатор переменного тока используется для непосредственного преобразования напряжения в цепях переменного тока. Термин «силовой» показывает отличие таких трансформаторов от измерительных и специальных трансформаторов.

Автотрансформатор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только электромагнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения.

Трансформатор тока — трансформатор, первичная обмотка которого питается от источника тока. Типичное применение — для снижения тока первичной обмотки до удобной величины, используемой в цепях измерения, защиты, управления и сигнализации, кроме того, трансформатор тока осуществляет гальваническую развязку.

Трансформатор напряжения — трансформатор, питающийся от источника напряжения. Типичное применение — преобразование высокого напряжения в низкое в цепях, в измерительных цепях и цепях Радиорелейной Защиты и Автоматики. Применение трансформатора напряжения позволяет изолировать логические цепи защиты и цепи измерения от цепи высокого напряжения.

Импульсный трансформатор — это трансформатор, предназначенный для преобразования импульсных сигналов с длительностью импульса до десятков микросекунд с минимальным искажением формы импульса. Основное применение заключается в передаче прямоугольного электрического импульса. Он служит для трансформации кратковременных видеоимпульсов напряжения, обычно периодически повторяющихся с высокой скважностью.

Разделительный трансформатор — трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками. Силовые разделительные трансформаторы предназначены для повышения безопасности электросетей, при случайных одновременных прикасаниях к земле и токоведущим частям или нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции.

Согласующий трансформатор — трансформатор, применяемый для согласования сопротивления различных частей электронных схем при минимальном искажении формы сигнала. Одновременно согласующий трансформатор обеспечивает создание гальванической развязки между частями схем.

Сдвоенный дроссель (встречный индуктивный фильтр) — конструктивно является трансформатором с двумя одинаковыми обмотками. Благодаря взаимной индукции катушек он при тех же размерах более эффективен, чем обычный дроссель. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания; в дифференциальных сигнальных фильтрах цифровых линий, а также в звуковой технике.

Достоинствами трансформаторов являются: высокая надежность, оптимальные условия передачи мощности, малое падение питающего напряжения, высокий КПД. К недостаткам можно отнести большие габариты, невозможность преобразования постоянного тока.

Ртутный выпрямитель, игнитрон - одноанодный ионный прибор с ртутным катодом и управляемым дуговым разрядом. Применяется в качестве ртутного электрического вентиля в мощных выпрямительных устройствах, электроприводах, электросварочных устройствах, тяговых и выпрямительных подстанциях со средней силой тока в сотни ампер и выпрямленным напряжением до 5 кВ. Для игнитрона характерно незначительное падение напряжения (около 15—20 В) и высокий КПД 98-99 %.

Принцип действия игнитрона: Испускание электронов, вызывающее основной дуговой разряд между анодом и катодом, происходит при положительном напряжении на аноде с одного или нескольких ярко светящихся участков катода (катодных пятен). Катодные пятна создаются вспомогательной дугой, которая образуется периодически перед зажиганием основной дуги пропусканием импульсов тока амплитудой до нескольких десятков ампер и длительностью несколько миллисекунд через поджигающий электрод из карбида бора, частично погружённый в жидкую ртуть катода. Изменяя момент зажигания вспомогательной дуги, можно управлять началом зажигания основной дуги и тем самым регулировать среднее значение силы выпрямленного анодного тока от максимальной до нуля.

Достоинствами игнитрона являются большая преобразуемая мощность – показатель которой до сих пор не превзойден полупроводниковыми приборами и стойкость к коротким замыканиям и перенапряжениям.

Недостатками игнитрона являются: длительное время подготовки к работе, хрупкие корпуса из стекла и керамики, наполнение парами ртути, которые представляют высокий риск загрязнения окружающей среды в случае повреждения корпуса.

Полупроводниковые приборы – делятся на три вида: диодные, тиристоры и транзисторы.

Диод - полупроводниковый прибор, во внутренней структуре которого сформирован один или несколько p-n-переходов.

Принцип действия полупроводниковых диодов основывается на различных физических явлениях переноса зарядов в твердотельном полупроводнике и взаимодействии их с электромагнитным полем в полупроводнике.

Виды диодов:

-Выпрямительные диоды: предназначены для преобразования переменного тока в постоянный.

-Импульсные диоды: имеют малую длительность переходных процессов, предназначены для применения в импульсных режимах работы.

-Детекторные диоды: предназначены для детектирования сигнала

-Смесительные диоды: предназначены для преобразования высокочастотных сигналов в сигнал промежуточной частоты.

-Переключательные диоды: предназначены для применения в устройствах управления уровнем сверхвысокочастотной мощности.

-Параметрические

-Ограничительные диоды: предназначены для защиты радио и бытовой -аппаратуры от повышения сетевого напряжения.

- Умножительные

-Настроечные

-Генераторные

Использование диодов: преобразователи частоты, логарифмические усилители, детекторы и другие устройства. Диоды в таких устройствах используются либо непосредственно как преобразователь, либо формируют характеристики устройства, будучи включенными в цепь обратной связи.

Также, широкое применение диоды находят в стабилизированных источниках питания, как источники опорного напряжения (стабилитроны), либо как коммутирующие элементы накопительной катушки индуктивности (импульсные стабилизаторы напряжения). С помощью диодов очень просто создать ограничители сигнала: два диода включенные встречно – параллельно служат прекрасной защитой входа усилителя, например, микрофонного, от подачи повышенного уровня сигнала. Также, диоды очень часто используются в коммутаторах сигналов, а также в логических устройствах. Например: логические операции И, ИЛИ и их сочетания.

Тиристор — полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с тремя или более p-n-переходами и имеющий два устойчивых состояния:

«закрытое» состояние — состояние низкой проводимости;

«открытое» состояние — состояние высокой проводимости.

Тиристор можно рассматривать как электронный выключатель (ключ). Основное применение тиристоров — управление мощной нагрузкой с помощью слабых сигналов. Также, тиристоры применяются в переключающих устройствах.

Существуют различные виды тиристоров, которые подразделяются, главным образом:

· по способу управления;

по проводимости:

· тиристоры, проводящие ток в одном направлении (тринистор).

· тиристоры, проводящие ток в двух направлениях (симисторы, симметричные динисторы).

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) тиристора нелинейна и показывает, что сопротивление тиристора отрицательное дифференциальное. По сравнению с транзисторными ключами, управление тиристором имеет некоторые особенности. Переход тиристора из одного состояния в другое в электрической цепи происходит скачком и осуществляется внешним воздействием на прибор: либо напряжением, либо светом (у фототиристора). После перехода тиристора в открытое состояние он остаётся в этом состоянии даже после прекращения управляющего сигнала. Тиристор остаётся в открытом состоянии до тех пор, пока протекающий через него ток превышает ток удержания.

Рис 1.Вольт-Амперная характеристика тиристора.

Режимы работы триодного тиристора:

Режим обратного запирания:

Два основных фактора ограничивают режим обратного пробоя и прямого пробоя:

1.лавинный пробой;

2.прокол обеднённой области.

Рис 2.Режим обратного запирания тиристора

В режиме обратного запирания к аноду прибора приложено напряжение, отрицательное по отношению к катоду; переходы J1 и J3 смещены в обратном направлении, а переход J2 смещён в прямом (см. рис 2). В этом случае большая часть приложенного напряжения падает на одном из переходов J1 или J3 (в зависимости от степени легирования различных областей). Пусть это будет переход J1. В зависимости от толщины Wn1 слоя n1 пробой вызывается лавинным умножением (толщина обеднённой области при пробое меньше Wn1) либо проколом (обеднённый слой распространяется на всю область n1, и происходит смыкание переходов J1 и J2).