పవర్ సిస్టమ్స్‌లో కన్వర్టర్ పరికరాలు

విద్యుత్ శక్తి విద్యుత్ ప్లాంట్లలో ఉత్పత్తి చేయబడుతుంది మరియు ప్రధానంగా సరఫరా ఫ్రీక్వెన్సీతో ప్రత్యామ్నాయ ప్రవాహం రూపంలో పంపిణీ చేయబడుతుంది. అయినప్పటికీ పెద్ద సంఖ్యలో విద్యుత్ వినియోగదారులు పరిశ్రమలో దాని విద్యుత్ సరఫరా కోసం ఇతర రకాల విద్యుత్ అవసరం.

చాలా తరచుగా అవసరం:

• డి.సి. (ఎలెక్ట్రోకెమికల్ మరియు విద్యుద్విశ్లేషణ స్నానాలు, డైరెక్ట్ కరెంట్ ఎలక్ట్రిక్ డ్రైవ్, విద్యుత్ రవాణా మరియు ట్రైనింగ్ పరికరాలు, ఎలక్ట్రిక్ వెల్డింగ్ పరికరాలు);

• ఏకాంతర ప్రవాహంను నాన్-ఇండస్ట్రియల్ ఫ్రీక్వెన్సీ (ఇండక్షన్ తాపన, వేరియబుల్ స్పీడ్ AC డ్రైవ్).

ఈ కనెక్షన్‌లో, ఆల్టర్నేటింగ్ కరెంట్‌ను డైరెక్ట్ (రెక్టిఫైడ్) కరెంట్‌గా మార్చడం లేదా ఒక ఫ్రీక్వెన్సీ యొక్క ఆల్టర్నేటింగ్ కరెంట్‌ను మరొక ఫ్రీక్వెన్సీ యొక్క ఆల్టర్నేటింగ్ కరెంట్‌గా మార్చడం అవసరం. ఎలక్ట్రికల్ పవర్ ట్రాన్స్మిషన్ సిస్టమ్స్‌లో, థైరిస్టర్ DC డ్రైవ్‌లో, వినియోగ సమయంలో ప్రత్యక్ష ప్రవాహాన్ని ఆల్టర్నేటింగ్ కరెంట్ (ప్రస్తుత విలోమం)గా మార్చాల్సిన అవసరం ఉంది.

ఈ ఉదాహరణలు విద్యుత్ శక్తిని ఒక రకం నుండి మరొకదానికి మార్చడానికి అవసరమైన అన్ని సందర్భాలను కవర్ చేయవు.ఉత్పత్తి చేయబడిన మొత్తం విద్యుత్తులో మూడవ వంతు కంటే ఎక్కువ మరొక రకమైన శక్తిగా మార్చబడుతుంది, అందుకే సాంకేతిక పురోగతి ఎక్కువగా మార్పిడి పరికరాల (కన్వర్టింగ్ పరికరాలు) విజయవంతమైన అభివృద్ధికి సంబంధించినది.

సాంకేతిక పరివర్తన పరికరాల వర్గీకరణ

పరివర్తన పరికరాల యొక్క ప్రధాన రకాలు

దేశం యొక్క శక్తి సమతుల్యతలో సాంకేతిక పరికరాలను మార్చే వాటా ముఖ్యమైన స్థానాన్ని ఆక్రమించింది. ఇతర రకాల కన్వర్టర్లతో పోలిస్తే సెమీకండక్టర్ కన్వర్టర్ల ప్రయోజనాలు కాదనలేనివి. ప్రధాన ప్రయోజనాలు క్రిందివి:

- సెమీకండక్టర్ కన్వర్టర్లు అధిక నియంత్రణ మరియు శక్తి లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి;

- చిన్న కొలతలు మరియు బరువు కలిగి;

- ఆపరేషన్లో సాధారణ మరియు నమ్మదగినది;

- విద్యుత్ సరఫరా సర్క్యూట్‌లలో కరెంట్‌ల స్పర్శరహిత మార్పిడిని అందించండి.

ఈ ప్రయోజనాలకు ధన్యవాదాలు, సెమీకండక్టర్ కన్వర్టర్లు విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి: నాన్-ఫెర్రస్ మెటలర్జీ, రసాయన పరిశ్రమ, రైల్వే మరియు పట్టణ రవాణా, ఫెర్రస్ మెటలర్జీ, మెకానికల్ ఇంజనీరింగ్, శక్తి మరియు ఇతర పరిశ్రమలు.

మేము మార్పిడి పరికరాల యొక్క ప్రధాన రకాల నిర్వచనాలను ఇస్తాము.

రెక్టిఫైయర్ ఇది AC వోల్టేజ్‌ను DC వోల్టేజ్‌గా మార్చడానికి ఒక పరికరం (U ~ → U =).

డైరెక్ట్ వోల్టేజ్‌ను ఆల్టర్నేటింగ్ వోల్టేజ్‌గా మార్చడానికి ఇన్వర్టర్‌ని పరికరం అంటారు (U = → U ~).

ఫ్రీక్వెన్సీ కన్వర్టర్ ఒక ఫ్రీక్వెన్సీ యొక్క ఆల్టర్నేటింగ్ వోల్టేజ్‌ని మరొక ఫ్రీక్వెన్సీ (Uf1→Uf2) యొక్క ఆల్టర్నేటింగ్ వోల్టేజ్‌గా మార్చడానికి ఉపయోగపడుతుంది.

AC వోల్టేజ్ కన్వర్టర్ (రెగ్యులేటర్) లోడ్‌కు సరఫరా చేయబడిన వోల్టేజ్‌ను మార్చడానికి (నియంత్రించడానికి) రూపొందించబడింది, అనగా. ఒక పరిమాణంలోని AC వోల్టేజ్‌ని మరొక పరిమాణంలోని AC వోల్టేజ్‌గా మారుస్తుంది (U1 ~ → U2 ~).

ఇక్కడ అత్యంత విస్తృతంగా ఉపయోగించే సాంకేతిక పరివర్తన పరికరాల రకాలు ఉన్నాయి... డైరెక్ట్ కరెంట్ యొక్క పరిమాణం, కన్వర్టర్ దశల సంఖ్య, వోల్టేజ్ కర్వ్ యొక్క ఆకృతి మొదలైనవాటిని మార్చడానికి (నియంత్రించడానికి) అనేక మార్పిడి పరికరాలు రూపొందించబడ్డాయి.

మూలకం బేస్ మార్పిడి పరికరాల సంక్షిప్త లక్షణాలు

వివిధ ప్రయోజనాల కోసం రూపొందించబడిన అన్ని కన్వర్టింగ్ పరికరాలు, ఆపరేషన్ యొక్క సాధారణ సూత్రాన్ని కలిగి ఉంటాయి, ఇది ఎలక్ట్రిక్ కవాటాల యొక్క ఆవర్తన స్విచ్ ఆన్ మరియు ఆఫ్ ఆధారంగా ఉంటుంది. ప్రస్తుతం, సెమీకండక్టర్ పరికరాలు విద్యుత్ కవాటాలుగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. అత్యంత విస్తృతంగా ఉపయోగించే డయోడ్లు, థైరిస్టర్లు, ట్రైయాక్స్ మరియు శక్తి ట్రాన్సిస్టర్లుకీ మోడ్‌లో పని చేస్తుంది.

1. డయోడ్లు ఒక-వైపు వాహకతతో ఎలక్ట్రిక్ సర్క్యూట్ యొక్క రెండు-ఎలక్ట్రోడ్ మూలకాలను సూచిస్తాయి. డయోడ్ యొక్క వాహకత అనువర్తిత వోల్టేజ్ యొక్క ధ్రువణతపై ఆధారపడి ఉంటుంది. సాధారణంగా, డయోడ్‌లు తక్కువ-శక్తి డయోడ్‌లు (అనుమతించదగిన సగటు ప్రస్తుత Ia ≤ 1A), మీడియం-పవర్ డయోడ్‌లు (Ia = 1 — 10A జోడించడం) మరియు అధిక-పవర్ డయోడ్‌లు (Ia ≥ 10A జోడించడం)గా విభజించబడ్డాయి. వారి ప్రయోజనం ప్రకారం, డయోడ్లు తక్కువ-ఫ్రీక్వెన్సీ (fadd ≤ 500 Hz) మరియు అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ (fdop> 500 Hz)గా విభజించబడ్డాయి.

రెక్టిఫైయర్ డయోడ్‌ల యొక్క ప్రధాన పారామితులు అత్యధిక సగటు సరిదిద్దబడిన కరెంట్, Ia అదనంగా, A, మరియు అత్యధిక రివర్స్ వోల్టేజ్, Ubmax, B, డయోడ్‌కు దాని ఆపరేషన్‌కు భంగం కలిగించే ప్రమాదం లేకుండా చాలా కాలం పాటు వర్తించవచ్చు.

మీడియం మరియు అధిక శక్తి కన్వర్టర్లలో శక్తివంతమైన (ఆకస్మిక) డయోడ్లను వర్తింపజేయండి. ఈ డయోడ్‌లు అధిక ప్రవాహాలు మరియు అధిక రివర్స్ వోల్టేజ్‌ల వద్ద పనిచేస్తాయి కాబట్టి కొన్ని నిర్దిష్ట లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి, ఫలితంగా p-n జంక్షన్‌లో గణనీయమైన శక్తి విడుదల అవుతుంది.కాబట్టి సమర్థవంతమైన శీతలీకరణ పద్ధతులను ఇక్కడ అందించాలి.

పవర్ డయోడ్‌ల యొక్క మరొక లక్షణం ఏమిటంటే, ఆకస్మిక లోడ్ చుక్కలు, స్విచ్చింగ్ మరియు అత్యవసర మోడ్‌లు.

అధిక వోల్టేజ్ నుండి విద్యుత్ సరఫరా డయోడ్ యొక్క రక్షణ సాధ్యమైన విద్యుత్ బ్రేక్డౌన్ p-n బదిలీని కలిగి ఉంటుంది - ఉపరితల ప్రాంతాల నుండి బల్క్కు పరివర్తన. ఈ సందర్భంలో, బ్రేక్డౌన్ ఒక ఆకస్మిక పాత్రను కలిగి ఉంటుంది మరియు డయోడ్లను అవలాంచ్ అని పిలుస్తారు. ఇటువంటి డయోడ్‌లు స్థానిక ప్రాంతాలను వేడెక్కించకుండా తగినంత పెద్ద రివర్స్ కరెంట్‌ను పాస్ చేయగలవు.

కన్వర్టర్ పరికరాల సర్క్యూట్లను అభివృద్ధి చేస్తున్నప్పుడు, ఒకే డయోడ్ యొక్క గరిష్టంగా అనుమతించదగిన విలువను మించి సరిదిద్దబడిన విద్యుత్తును పొందడం అవసరం కావచ్చు. ఈ సందర్భంలో, సమూహంలో చేర్చబడిన పరికరాల యొక్క స్థిరమైన ప్రవాహాలను సమం చేయడానికి చర్యల స్వీకరణతో ఒకే రకమైన డయోడ్ల సమాంతర కనెక్షన్ ఉపయోగించబడుతుంది. మొత్తం అనుమతించదగిన రివర్స్ వోల్టేజ్ని పెంచడానికి, డయోడ్ల సిరీస్ కనెక్షన్ ఉపయోగించబడుతుంది. అదే సమయంలో, రివర్స్ వోల్టేజ్ యొక్క అసమాన పంపిణీని మినహాయించడానికి చర్యలు అందించబడతాయి.

సెమీకండక్టర్ డయోడ్ల యొక్క ప్రధాన లక్షణం ప్రస్తుత-వోల్టేజ్ (VAC) లక్షణం. సెమీకండక్టర్ నిర్మాణం మరియు డయోడ్ గుర్తు అంజీర్‌లో చూపబడ్డాయి. 1, ఎ, బి. డయోడ్ యొక్క ప్రస్తుత-వోల్టేజ్ లక్షణం యొక్క రివర్స్ శాఖ అంజీర్లో చూపబడింది. 1, c (వక్రత 1 — I — V ఒక హిమపాత డయోడ్ యొక్క లక్షణం, కర్వ్ 2 — I — V సంప్రదాయ డయోడ్ యొక్క లక్షణం).

అన్నం. 1 - డయోడ్ కరెంట్-వోల్టేజ్ లక్షణం యొక్క చిహ్నం మరియు విలోమ శాఖ.

Thyristors ఇది రెండు స్థిరమైన స్థితులతో నాలుగు-పొర సెమీకండక్టర్ పరికరం: తక్కువ వాహకత (థైరిస్టర్ మూసివేయబడింది) మరియు అధిక వాహకత (థైరిస్టర్ ఓపెన్). ఒక స్థిరమైన స్థితి నుండి మరొక స్థితికి మారడం బాహ్య కారకాల చర్య కారణంగా ఉంటుంది. చాలా తరచుగా, థైరిస్టర్‌ను అన్‌లాక్ చేయడానికి, ఇది వోల్టేజ్ (కరెంట్) లేదా లైట్ (ఫోటోథైరిస్టర్లు) ద్వారా ప్రభావితమవుతుంది.

డయోడ్ థైరిస్టర్లు (డైనిస్టర్లు) మరియు ట్రైయోడ్ థైరిస్టర్లు నియంత్రణ ఎలక్ట్రోడ్‌లను వేరు చేయండి. తరువాతి ఒకే-స్థాయి మరియు రెండు-స్థాయిలుగా విభజించబడింది.

సింగిల్-యాక్షన్ థైరిస్టర్‌లలో, గేట్ సర్క్యూట్‌లో థైరిస్టర్ టర్న్-ఆఫ్ ఆపరేషన్ మాత్రమే నిర్వహించబడుతుంది. థైరిస్టర్ సానుకూల యానోడ్ వోల్టేజ్ మరియు కంట్రోల్ ఎలక్ట్రోడ్‌లో కంట్రోల్ పల్స్ ఉనికితో ఓపెన్ స్టేట్‌లోకి వెళుతుంది. అందువల్ల, థైరిస్టర్ యొక్క ప్రధాన విశిష్ట లక్షణం దానిపై ఫార్వర్డ్ వోల్టేజ్ సమక్షంలో కాల్పులు జరిపే సమయంలో ఏకపక్ష ఆలస్యం యొక్క అవకాశం. యానోడ్-కాథోడ్ వోల్టేజ్ యొక్క ధ్రువణతను మార్చడం ద్వారా సింగిల్-ఆపరేషన్ థైరిస్టర్ (అలాగే డైనిస్టర్) యొక్క లాకింగ్ నిర్వహించబడుతుంది.

డ్యూయల్ డ్యూటీ థైరిస్టర్‌లు థైరిస్టర్‌ను అన్‌లాక్ చేయడానికి మరియు లాక్ చేయడానికి కంట్రోల్ సర్క్యూట్‌ను అనుమతిస్తాయి. నియంత్రణ ఎలక్ట్రోడ్కు రివర్స్ ధ్రువణత యొక్క నియంత్రణ పల్స్ను వర్తింపజేయడం ద్వారా లాకింగ్ నిర్వహించబడుతుంది.

పరిశ్రమ వేల ఆంపియర్‌ల యొక్క అనుమతించదగిన ప్రవాహాలు మరియు కిలోవోల్ట్ల యూనిట్ యొక్క అనుమతించదగిన వోల్టేజ్‌ల కోసం సింగిల్-యాక్షన్ థైరిస్టర్‌లను ఉత్పత్తి చేస్తుందని గమనించాలి. ఇప్పటికే ఉన్న డబుల్-యాక్షన్ థైరిస్టర్‌లు సింగిల్-యాక్షన్ (యూనిట్‌లు మరియు పదుల ఆంపియర్‌లు) మరియు తక్కువ అనుమతించదగిన వోల్టేజ్‌ల కంటే గణనీయంగా తక్కువ అనుమతించదగిన ప్రవాహాలను కలిగి ఉంటాయి. ఇటువంటి థైరిస్టర్లు రిలే పరికరాలలో మరియు తక్కువ-శక్తి కన్వర్టర్ పరికరాలలో ఉపయోగించబడతాయి.

అంజీర్ లో.2 థైరిస్టర్ యొక్క సాంప్రదాయిక హోదా, సెమీకండక్టర్ నిర్మాణం యొక్క స్కీమాటిక్ మరియు థైరిస్టర్ యొక్క ప్రస్తుత-వోల్టేజ్ లక్షణాన్ని చూపుతుంది. A, K, UE అక్షరాలు వరుసగా యానోడ్, కాథోడ్ మరియు థైరిస్టర్ నియంత్రణ మూలకం యొక్క అవుట్‌పుట్‌లను సూచిస్తాయి.

కన్వర్టర్ సర్క్యూట్లో థైరిస్టర్ మరియు దాని ఆపరేషన్ యొక్క ఎంపికను నిర్ణయించే ప్రధాన పారామితులు: అనుమతించదగిన ఫార్వర్డ్ కరెంట్, Ia సంకలితం, A; క్లోజ్డ్ స్టేట్‌లో అనుమతించదగిన ఫార్వర్డ్ వోల్టేజ్, Ua max, V, అనుమతించదగిన రివర్స్ వోల్టేజ్, Ubmax, V.

థైరిస్టర్ యొక్క గరిష్ట ఫార్వర్డ్ వోల్టేజ్, కన్వర్టర్ సర్క్యూట్ యొక్క ఆపరేటింగ్ సామర్థ్యాలను పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, సిఫార్సు చేయబడిన ఆపరేటింగ్ వోల్టేజ్ను మించకూడదు.

అన్నం. 2 — థైరిస్టర్ చిహ్నం, సెమీకండక్టర్ నిర్మాణ రేఖాచిత్రం మరియు థైరిస్టర్ కరెంట్-వోల్టేజ్ లక్షణం

ఒక ముఖ్యమైన పరామితి ఓపెన్ స్టేట్‌లో థైరిస్టర్ యొక్క హోల్డింగ్ కరెంట్, Isp, A, కనీస ఫార్వర్డ్ కరెంట్, దీని తక్కువ విలువలలో థైరిస్టర్ ఆఫ్ అవుతుంది; కన్వర్టర్ యొక్క కనీస అనుమతించదగిన లోడ్‌ను లెక్కించడానికి అవసరమైన పరామితి.

ఇతర రకాల మార్పిడి పరికరాలు

ట్రయాక్స్ (సిమెట్రిక్ థైరిస్టర్లు) రెండు దిశలలో ప్రవాహాన్ని నిర్వహిస్తాయి. ట్రైయాక్ యొక్క సెమీకండక్టర్ నిర్మాణం ఐదు సెమీకండక్టర్ పొరలను కలిగి ఉంటుంది మరియు థైరిస్టర్ కంటే చాలా క్లిష్టమైన కాన్ఫిగరేషన్‌ను కలిగి ఉంటుంది. p- మరియు n-పొరల కలయికను ఉపయోగించి ఒక సెమీకండక్టర్ నిర్మాణాన్ని సృష్టించండి, దీనిలో వివిధ వోల్టేజ్ ధ్రువణాల వద్ద, థైరిస్టర్ యొక్క ప్రస్తుత-వోల్టేజ్ లక్షణం యొక్క ప్రత్యక్ష శాఖకు సంబంధించిన పరిస్థితులు నెరవేరుతాయి.

బైపోలార్ ట్రాన్సిస్టర్లుకీ మోడ్‌లో పని చేస్తుంది.ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క ప్రధాన సర్క్యూట్లో ద్వి-ఆపరేషనల్ థైరిస్టర్ వలె కాకుండా, స్విచ్ యొక్క మొత్తం వాహక స్థితి అంతటా నియంత్రణ సిగ్నల్ను నిర్వహించడం అవసరం. బైపోలార్ ట్రాన్సిస్టర్‌తో పూర్తిగా నియంత్రించగల స్విచ్‌ని గ్రహించవచ్చు.

Ph.D. కొలియాడ L.I.