Устройства преобразования электрической энергии: назначение, классификация, структурные схемы. (Лекция 8)

3. По элементной базе:
– трансформаторные;
– конденсаторные;
– дроссельные;
– резисторные;
– транзисторные;
– тиристорные и т.д.;
4. По характеру регулирования энергии:
– дискретного типа (импульсные);
– непрерывные;
5. По способу формирования выходного напряжения (тока):
– регулирующие;
– модулирующие.
В зависимости от особенностей конструктивного исполнения преобразователей могут появ-ляться и другие классификационные признаки.
На рис. 1 приведена структурная схема преобразователя постоянно-постоян-ного тока со звеном переменного тока.
В качестве критериев оптимизации при ус-ловии соответствия различного рода преоб-разователей техническим требованиям вы-ступают следующие:
– КПД преобразователя;
– массогабаритные показатели;
– удельные энергетические показатели;
– соответствие требованиям ПУЭ, ПТЭ и ПТБ, СНиП, СанПиН, экологии;
– дизайн преобразователя;
– эргономические требования и т.д.

Полупроводниковые преобразователи электрической энергии не являются полными ана-логами, например, вращающихся преобразователей и поэтому требуют применения допол-нительных устройств, обеспечивающих не только их функционирование, но и получение не-обходимых выходных характеристик. Эти устройства получили названия «фильтры» - вход-ные, выходные и т.д. Как правило, фильтровые устройства выполняются на пассивных эле-ментах – дросселях, конденсаторах, резисторах и т.д., но могут содержать и активные, на-пример, полупроводниковые элементы. Структурная схема полупроводникового преобразо-вателя приведена на рис 2, а на рис. 3 – соответствующая ей принципиальная электричес-кая схема силовых цепей тиристорного частотно-импульсного регулятора постоянного тока.
Наибольшее распространение, как по количественному составу, так и по доле в полном объёме перерабатываемой электрической энергии, получили преобразователи электричес-
кой энергии в механическую, тепловую и лучистую (электроосвещение).
Преобразование электрической энергии в механическую связано главным образом с при-
менением электромагнитных преобразователей вращающегося типа (электрических машин).
Электрические машины выполняются для работы на переменном или на постоянном токе. При этом машины переменного тока могут быть одно- и многофазными (как правило, трёх-фазными). В свою очередь трехфазные электрические машины подразделяются на синхрон-
ные и асинхронные. КПД преобразования в них достигает величины 50…95%.
Преобразование электрической энергии в тепловую производится несколькими способами:
– нагреванием резисторов (наиболее распространено в быту);
– пропусканием тока через рабочее тело (как правило, жидкое) с последующей циркуляци-ей его в контуре с теплообменниками;

– преобразованием в лучистую энергию, используемую для нагревания тел (в быту, напри-мер, СВЧ-печи).
КПД преобразования в этих случаях зависит от множества внешних факторов и теорети-чески в некоторых случаях может достигать 100%.
Преобразование электрической энергии в лучистую производится несколькими способами:
– нагреванием до высоких температур нитей из тугоплавких металлов (вольфрам), находя-щихся в вакууме (обычные лампы накаливания) или в газовой среде (галогенные, ртутные);
– использованием тлеющего разряда в газонаполненных колбах (лампы люминесцентного освещения);
– пропусканием тока через полупроводниковые элементы (светодиоды).
КПД преобразования в различных устройствах колеблется от 5% (лампы накаливания) до 30…40% (люминесцентные лампы).
Выпрямители.
Выпрямители относятся к преобразователям переменно-постоянного тока и предназначе-ны для преобразования переменного тока в постоянный. Здесь необходимо отметить, что пе-ременный ток носит синусоидальный характер, и выпрямление его в однофазных цепях при-водит к преобразованию синусоиды в пульсирующий (положительной полуволны) ток. Потре-бители в большинстве своём не допускают питания от источника с падением тока до нуля. Поэтому в цепях выпрямителей используются устройства для сглаживания пульсаций – фильтры. Структурная схема выпрямителя приведена на рис. 4.

Элементной базой выпрямителей являются полупроводниковые приборы. В том случае, ко-гда нет необходимости регулировать величину выпрямленного напряжения, в цепях выпря-мителя используются диоды, в противном случае управляемые – тиристоры, симисторы, транзисторы.
Классификация выпрямителей.
1. По количеству фаз питающей цепи – однофазные и многофазные;
2. По схеме выпрямления – однополупериодная, двухполупериодная, мостовая;
3. По элементной базе – диодные, тиристорные, симисторные, транзисторные;
4. По уровню выпрямленного напряжения – с регулируемым и нерегулируемым выходным напряжением.
В маломощных цепях, питающихся, как правило, от однофазной сети переменного тока используются одно-, двухполупериодные и мостовые схемы выпрямления (см. рис. 5).