3.2. КЛАССИФИКАЦИЯ СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

Определение номенклатуры исходных данных для выбора СПП и ранжирование этих данных по их важности в значительной степени обусловливаются требованиями, предъявляемыми к разрабатываемому ПУ и включающими в себя данные о функциональном назначении, основных параметрах (мощность, напряжение), режимах работы, технико-экономических показателях, условиях эксплуатации и т. п. Учитывая сказанное, целесообразно рассмотреть классификацию ПУ по признакам, определяющим или влияющим на принципы подхода к выбору СПП.

Получившие широкое распространение в настоящее время в силовой энергетике, электротехнологии, электроприводе и других областях применения ПУ в зависимости от их функционального назначения можно классифицировать следующим образом:

преобразователи энергии переменного тока в энергию постоянного тока (выпрямители);

преобразователи энергии постоянного тока в энергию переменного тока (инверторы);

преобразователи переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты (преобразователи частоты);

преобразователи переменного тока одного числа фаз в переменный ток другого числа фаз (преобразователи числа фаз);

преобразователи постоянного тока одного напряжения в постоянный ток другого напряжения (преобразователи постоянного напряжения).

Во всех случаях применения СПП к ним предъявляют требования по нагрузочной способности по току и напряжению. При применении в схемах инверторов тиристоры, кроме того, должны удовлетворять требованиям к динамическим параметрам, а применяемые в этих схемах диоды, как правило, должны иметь удовлетворительные характеристики при работе в импульсном режиме. Схемы преобразователей частоты напряжения и числа фаз, построенные на базе комбинации схем выпрямителей и инверторов (со звеном постоянного тока), предъявляют к приборам требования по тем же параметрам, что и схемы выпрямителя и инвертора соответственно.

Приведенная классификация ПУ, характеризующая специфику применения в их схемах СПП, достаточно условна, так как в большинстве случаев происходит одновременное изменение двух и более параметров электрической энергии, например при выпрямлении, инвертировании, изменении числа фаз и частоты возможно изменение и значения напряжения; выпрямление и инвертирование можно рассматривать как частные случаи преобразования частоты, а при преобразовании частоты иногда изменяется как значение напряжения, так и число фаз.

Исходя из этого, отнесение преобразовательных устройств к тому или иному виду по функциональному назначению осуществляется по основной функции, которую оно должно выполнять в соответствии с предъявляемыми к нему требованиями.

Учитывая тот факт, что значение мощности ПУ (его способность преобразовывать в единицу времени определенное количество электрической энергии) существенно влияет на подход к его разработке, конструированию и эксплуатации, а следовательно, и к формулированию требований к применяемым СПП, представляется целесообразным классифицировать преобразовательные устройства по мощности. Общепринятым можно считать деление преобразовательных устройств - на: маломощные (до ); средней мощности ); большой мощности (выше ).

Границы между указанными группами ПУ достаточно размыты, и отнесение их к той или иной группе определяется и рядом других факторов, таких, как область применения, назначение и т. п. В устройствах большой мощности СПП должны, например, обладать параметрами и характеристиками, обеспечивающими их оптимальную работу при групповом соединении, а в устройствах малой мощности становится важным уровень потерь в СПП.

. В зависимости от уровня напряжения преобразуемой электроэнергии ПУ можно подразделить на две группы: низковольтные (до 1000 В) и высоковольтные (выше 1000 В). К СПП низковольтных устройств, кроме всего прочего, предъявляются требования по напряжению в проводящем состоянии (прямое напряжение диодов и напряжение в открытом состоянии тиристоров), а применение СПП в высоковольтных устройствах обусловливает требования к параметрам и характеристикам СПП, обеспечивающим оптимальные условия ограничения коммутационных перенапряжений на них и последовательное соединение СПП.

При составлении технического задания на разработку ПУ кроме формулирования технических требований, обеспечивающих выполнение его основных функций, и отнесения его к той или иной классификационной группе преобразовательных устройств должен быть определен основной технико-экономический показатель (критерий), позволяющий оценить качество устройства как на стадии его разработки, так и на всех последующих стадиях его существования (конструирование, изготовление и эксплуатация).

В зависимости от того, каким является этот показатель, ПУ можно подразделить на устройства, основными показателями качества которых являются повышенная надежность работы, экономичность при изготовлении и эксплуатации, а также согласованный оптимум предыдущих показателей.

Установленный основной технико-экономический показатель качества (эффективности) ПУ в значительной степени влияет на выбор того или иного типономинала СПП для комплектации схемы устройства, так как он определяет рациональный для данного конкретного случая уровень загрузки СПП по тем или иным его параметрам. Так, если основным показателем технико-экономической эффективности преобразовательного устройства является надежность, то загрузка СПП практически по всем параметрам должна быть существенно занижена по отношению к допустимой в данных условиях применения в целях повышения надежности работы СПП, а следовательно, и повышения надежности работы устройства; если экономичность проявляется при производстве, то загрузка СПП по всем или ряду основных параметров должна приближаться к допустимой в данных условиях применения в целях уменьшения числа необходимых приборов или упрощения и облегчения устройств, ограничивающих значения воздействующих на СПП факторов по соответствующим параметрам, что снижает стоимость устройства; если экономичность заключается в эксплуатации, то загрузка СПП по параметрам, определяющим потери в них, и необходимые параметры ограничивающих устройств должны быть выбраны из условия обеспечения минимума суммарных потерь; если имеется согласованный оптимум, то уровни загрузки СПП, их типономиналы и схемные решения вентильной части ПУ должны быть выбраны, исходя из условия обеспечения разумного сочетания надежности и экономичности.

Значения рекомендуемых нагрузок СПП в зависимости от преимущественного технико-экономического показателя ПУ приведены в § 3.3.

Опыт разработки и проектирования ПУ показывает, что расчетам, анализу и экспериментальным исследованиям условий и режимов работы СПП следует уделять не меньшее внимание, чем анализу и расчетам энергетических показателей и внешних характеристик ПУ. Без проведения на должном уровне и в достаточном объеме этой работы не может быть гарантировано надежное функционирование ПУ, а полученные расчетные показатели его могут оказаться недостижимыми на практике.