Основные направления развития электроники.

Основные показатели, определяющие качества силовой электроники. Показатели качества электромагнитного процесса.

Преобразование электрической энергии в устройствах силовой электроники характеризуется энергетическими показателями электромагнитных элементов и устройства в целом.

Важнейшими из этих показателей являются следующие.

1. Коэффициенты преобразования по напряжению и току, которые определяются в режимах, соответствующих максимально возможному напряжению на выходе преобразователя, т.е. при отсутствии его регулирования, для полезных составляющих напряжения и тока. В цепях переменного тока полезными составляющими, переносящими активную мощность, являются, как правило , первые гармоники напряжения и тока , а в цепях постоянного тока – средние значения величин в них.

2. Коэффициенты искажения тока и напряжения

3. Коэффициент гармоник тока (коэффициент несинусоидальности) K_г.с.

4. Коэффициент сдвига тока относительно напряжения по первой гармонике

5. Коэффициент мощности где P – активная мощность; S – полная мощность.

6. Коэффициент полезного действияη

7. Энергетический коэффициент полезного действияη_э

8. Коэффициент пульсаций для цепей постоянного токаKn

Режим насыщения

Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты). Если эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключить к внешним источникам в прямом направлении, транзистор будет находиться в режиме насыщения. Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослабляться электрическим полем, создаваемым внешними источниками U_эб и U_кб. В результате уменьшится потенциальный барьер, ограничивавший диффузию основных носителей заряда, и начнётся проникновение (инжекция) дырок из эмиттера и коллектора в базу, то есть через эмиттер и коллектор транзистора потекут токи, называемые токами насыщения эмиттера (I_Э. _нас) и коллектора (I_{К. нас}).

Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (U_{КЭ. нас}) — это падение напряжения на открытом транзисторе (смысловой аналог RСИ. отк у полевых транзисторов). Аналогично напряжение насыщения база-эмиттер (U_{БЭ. нас}) — это падение напряжения между базой и эмиттером на открытом транзисторе.

Режим отсечки

В данном режиме коллекторный p-n переход смещён в обратном направлении, а на эмиттерный переход может быть подано как обратное, так и прямое смещение, не превышающее порогового значения, при котором начинается эмиссия неосновных носителей заряда в область базы из эмиттера (для кремниевых транзисторов приблизительно 0,6—0,7 В).

Режим отсечки соответствует условию UЭБ<0,6—0,7 В, или IБ=0.

12. Составной транзистор. Структура мощных биполярных транзисторов.

Составно́йтранзи́стор — электрическое соединение двух (или более) биполярных транзисторов, полевых транзисторов или IGBT-транзисторов, с целью улучшения их электрических характеристик. К этим схемам относят так называемую пару Дарлингтона, пару Шиклаи, каскодную схему включения транзисторов, схему так называемого токового зеркала и др.

Мощные биполярные транзисторы разных производителей имеют разную структуру. Основные технологии их производства — это эпитаксиальная и планарная (рис. 1). Эпитаксиальные транзисторы более устойчивы к воздействию окружающей среды и имеют более широкий диапазон безопасных сочетаний напряжения и токов.

Рис. 1. Параметры мощных биполярных транзисторов зависят от их структуры:

а — структура эпитаксиального транзистора;

б — структура планарного транзистора.

Преимущества эпитаксиального транзистора обусловлены расположением эпитаксиальных слоев. Такая структура обеспечивает низкое насыщение, хорошийb-эффект, маленькие размеры кристалла и низкую стоимость. Структура планарного мощного транзистора позволяет ему работать на более высоких частотах, получить гораздо меньший размер кристалла. Однако планарные транзисторы менее надежны.

Транзисторы, изготовленные по планарной технологии, обладают более высокой частотной характеристикой и имеют более высокую скорость переключения, у них, к тому же, более высокий коэффициент усиления по току.

Поэтому, в зависимости от назначения силовой схемы, определяются определенные параметры мощного транзистора, и по ним выбирается тот или иной тип транзистора.

13. Тиристор.

Тири́стор — 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 (с тремя электрическими выводами — анодом, катодом и управляющим электродом) — управление мощной нагрузкой с помощью слабого сигнала, подаваемого на управляющий электрод.

В двухвыводных приборах, — динисторах переход прибора в проводящее состояние происходит, если напряжение между его анодом и катодом превысит напряжение открывания.

Также тиристоры применяются в ключевых устройствах, например, силового электропривода.

Существуют различные виды тиристоров, которые подразделяются, главным образом:

по способу управления;

по проводимости:

тиристоры, проводящие ток в одном направлении (например, тринистор, изображённый на рисунке);

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

14. Мощные полевые транзисторы. Структура транзистора.

Полево́й (униполя́рный) транзи́стор — полупроводниковый прибор, работа которого основана на управлении электрическим сопротивлением токопроводящего канала поперечным электрическим полем, создаваемым приложенным к затвору напряжением.

Полевые транзисторы классифицируют на приборы с управляющим p-n-переходом и с изолированным затвором, так называемые МДП («металл-диэлектрик-полупроводник»)-транзисторы, которые также называют МОП («металл-оксид-полупроводник»)-транзисторами, причём последние подразделяют на транзисторы со встроенным каналом и приборы с индуцированным каналом.

К основным параметрам полевых транзисторов причисляют: входное сопротивление, внутреннее сопротивление транзистора, также называемое выходным, крутизну стокозатворной характеристики, напряжение отсечки и некоторые другие.

Область, из которой носители заряда уходят в канал, называется истоком, область, в которую они входят, называется стоком, электрод, на который подается управляющее напряжение, называется затвором.

Основополагающий принцип работы, на котором осуществляется действие полевого транзистора с использованием управляющего p-n-перехода основывается на изменении проводимости канала, которая возможна благодаря изменению поперечного сечения. Сток и исток включают напряжение полярности, при котором главные носители заряда (ими являются электроны в канале n-типа) движутся от истока к стоку. В свою очередь, между затвором и истоком включается отрицательное напряжение, управляющее запиранием p – n–переходом.

При большем значении напряжения расширяется запирающий активный слой и канал становится уже. С уменьшением поперечного размера канала происходит увеличение сопротивления и уменьшение величины тока между стоком и истоком. Это действие позволяет управлять протеканием тока. При невысоком значении напряжения затвор — исток происходит перекрытие канала запирающим слоем, что снижает проводимость канала. Ширина канала варьируется от нулевого значения до отрицательных величин, иначе говоря, p-n-переходы затвора сдвигаются в обратном направлении, сопротивление увеличивается.

Напряжение на затворе после исчезновения канала и смыкании p-n-перехода, определяется, как напряжение отсечки U0– это величина считается одной из основополагающих для всех разновидностей полевых транзисторов.

15. IGBT транзистор.

Биполярный транзистор с изолированным затвором (БТИЗ, англ. Insulated-gatebipolartransistor, IGBT) — трёхэлектродный силовой полупроводниковый прибор, сочетающий два транзистора в одной полупроводниковой структуре: биполярный (образующий силовой канал) и полевой (образующий канал управления). Используется, в основном, как мощный электронный ключ в импульсных источниках питания, инверторах, в системах управления электрическими приводами.

Каскадное включение транзисторов двух типов позволяет сочетать их достоинства в одном приборе: выходные характеристики биполярного (большое допустимое рабочее напряжение и сопротивление открытого канала пропорционально току, а не квадрату тока, как у полевых) и входные характеристики полевого (минимальные затраты на управление). Управляющий электрод называется затвором, как у полевого транзистора, два других электрода — эмиттером и коллектором, как у биполярного.

Выпускаются как отдельные БТИЗ, так и силовые сборки (модули) на их основе, например, для управления цепями трёхфазного тока.

16. SIT транзистор со статической модуляцией.

SIT – полевой транзистор с управляющим p-n переходом со статической индукцией. Является многоканальным и имеет вертикальную структуру.Рабочая частота SIT-транзисторов обычно не превышает 100 кГц при напряжении коммутируемых цепей до 1200 В и токах до 200 – 400 А.

17.Предельные режимы работы транзисторов.

Предельно допустимые режимы работы транзисторов определяются максимально допустимыми напряжениями и токами, максимальной рассеиваемой мощностью и допустимой температурой корпуса прибоpa. Основными причинами, вызывающими выход транзистора из строя или нарушение нормальной работы схемы в результате изменения основных параметров транзисторов, могут быть слишком высокое обратное напряжение на одном из переходов и перегрев прибора при увеличении тока через переходы.

В справочных данных на транзисторы обычно оговариваются пpeдельные эксплуатационные параметры:

максимально допустимое постоянное напряжение коллектор-эмиттер UКЭ.max или сток-исток UСИmax;

максимально допустимое импульсное напряжение коллектор-эмиттер UКЭ.Иmax или сток-исток UСИ Иmax;

постоянный или импульсный токи коллектора IKmax и IKиmax, такие же значения тока стока полевых транзисторов;

постоянный или импульсный токи базы Ibmax и IbИmax;

постоянное или импульсное напряжение на затворе Uзтах и UзИтах;

постоянная или импульсная рассеиваемая мощность коллектора РКmax и РКИmax, или аналогичные мощности, рассеиваемые стоками Рс.тах и Рс.итах;

предельная температура перехода Трmax или корпуса прибора TKmn.

Все перечисленные параметры предельных режимов обусловлены развитием одного из видов пробоя: по напряжению — лавинного, по току — токового или теплового, по мощности — вызванного достижением максимальной температуры перехода.

18. Выпрямители. Структурная схема. Классификация.

Выпрями́тель (электрического тока) — преобразователь электрической энергии; механическое, электровакуумное, полупроводниковое или другое устройство, предназначенное для преобразования входного электрического тока переменного направления в ток постоянного направления (то есть однонаправленный ток), в частном случае - в постоянный выходной электрический ток.

Большинство выпрямителей создаёт не постоянный, а пульсирующий ток, для сглаживания пульсаций применяют фильтры.

Устройство, выполняющее обратную функцию — преобразование постоянного тока в переменный ток называется инвертором.

Из-за принципа обратимости электрических машин выпрямитель и инвертор являются двумя разновидностями одной и той же электрической машины (справедливо только для инвертора на базе электрической машины).

Выпрямители классифицируют по следующим признакам:

по виду переключателя выпрямляемого тока

механические синхронные с щёточноколлекторным коммутатором тока;

механические синхронные с контактным переключателем (выпрямителем) тока;

с электронной управляемой коммутацией тока (например, тиристорные);

электронные синхронные (например, транзисторные) — как разновидность выпрямителей с управляемой коммутацией;

с электронной пассивной коммутацией тока (например, диодные);

по мощности

силовые выпрямители;

выпрямители сигналов;

по степени использования полупериодов переменного напряжения

однополупериодные — пропускают в нагрузку только одну полуволну;

двухполупериодные — пропускают в нагрузку обе полуволны;

неполноволновые — не полностью используют синусоидальные полуволны;

полноволновые — полностью используют синусоидальные полуволны;

по схеме выпрямления — мостовые, с умножением напряжения, трансформаторные, с гальванической развязкой, бестрансформаторные и пр.;

по количеству используемых фаз — однофазные, двухфазные, трёхфазные и многофазные;

по типу электронного вентиля — полупроводниковые диодные, полупроводниковые тиристорные, ламповые диодные (кенотронные), газотронные, игнитронные, электрохимические и пр.;

по управляемости — неуправляемые (диодные), управляемые (тиристорные);

по количеству каналов — одноканальные, многоканальные;

по величине выпрямленного напряжения — низковольтные (до 100 В), средневольтовые (от 100 до 1000 В), высоковольтные (свыше 1000 В);

по назначению — сварочный, для питания микроэлектронной схемы, для питания ламповых анодных цепей, для гальваники и пр.;

по степени полноты мостов — полномостовые, полумостовые, четвертьмостовые;

по наличию устройств стабилизации — стабилизированные, нестабилизированные;

по управлению выходными параметрами — регулируемые, нерегулируемые;

по индикации выходных параметров — без индикации, с индикацией (аналоговой, цифровой);

по способу соединения — параллельные, последовательные, параллельно-последовательные;

по способу объединения — раздельные, объединённые звёздами, объединённые кольцами;

по частоте выпрямляемого тока — низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные.

Трансформатор 1 предназначен для изменения питающего напряжения сети с целью получения заданной величины выпрямленного напряжения на нагрузке 4. С помощью выпрямителя 2 осуществляют преобразование переменного напряжения в пульсирующее. Фильтр 3 предназначен для сглаживания пульсаций выходного напряжения выпрямителя. В отдельных случаях могут отсутствовать некоторые звенья приведенной структурной схемы, за исключением основного элемента - выпрямителя.

Нерегулируемый инвертор.

Регулируемый инвертор.

Регулируемый преобразователь напряжения по первому варианту включает управляемый источник импульсного напряжения, к выводам которого подсоединен имеющий возможность открывания в паузе и закрывания в импульсе управляемого источника импульсного напряжения, ключ рекуперации, к выводам которого подсоединены через дроссель выводы для подключения нагрузки, при этом управляющий вход источника импульсного напряжения соединен с выходом устройства управления, которое посредством изменения соотношения между длительностями импульса и паузы на его выходе в результате действия сигналов управления и обратной связи имеет возможность регулирования и стабилизации требуемого параметра электрического режима нагрузки, например, тока нагрузки. Регулируемый преобразователь напряжения по второму варианту включает источник напряжения, к выводам которого подключена последовательная цепь, состоящая из дросселя и регулирующего ключа, параллельно которому подсоединены выводы для подключения нагрузки, а управляющий вход регулирующего ключа соединен с выходом устройства управления, которое посредством изменения соотношения между длительностями открытого и закрытого состояний регулирующего ключа в результате действия сигнала управления и сигнала обратной связи имеет возможность регулирования и стабилизации требуемого параметра электрического режима нагрузки, например тока нагрузки. Регулируемый преобразователь напряжения по третьему варианту включает управляемый источник импульсного напряжения, к выводам которого подключен дроссель, параллельно которому подсоединены выводы для подключения нагрузки, а управляющий вход указанного источника импульсного напряжения соединен с выходом устройства управления, которое посредством изменения соотношения между длительностью импульса и паузы на его выходе в результате действия сигнала управления и сигнала обратной связи имеет возможность регулирования и стабилизации требуемого параметра электрического режима нагрузки, например тока нагрузки. 3 с. и 12 з.п. ф-лы, 10 ил.

Данная группа изобретений относится к области преобразования электроэнергии, в частности к трем вариантам импульсных регулируемых преобразователей напряжения в переменный ток.

Преимущественной областью использования преобразователя является применение его в качестве регулируемого стабилизированного источника переменного импульсного тока для запитки нагрузок переменным током, имеющих как линейную, так и изменяющуюся нелинейную пороговую вольтамперную характеристику, например, газоразрядных приборов, в том числе люминесцентных ламп, различных светильников бытового и специального назначения, особенно устройств, требующих большого диапазона регулировки яркости свечения, например, источников подсветки жидкокристаллического цветного дисплея, работающего при больших изменениях внешней освещенности, температуры и давления, а также устройств световой "накачки" лазеров, стробоскопов, искровых разрядников и т.п.

35. Усилители ошибки на ОУ и ионах. Усилители ошибки гальванической развязки на оптопаре и стабилитроне.

Главное назначение усилителей ошибки – измерение отклонение выходного напряжения и тока нагрузки с целью поддержания напряжения на выходе источника питания на постоянном уровне. В режиме стабилизации модуляция длительности величины выходных управляющих импульсов осуществляется сигналами усилителей ошибок, входное напряжение которых может изменяться в пределах от 0,5 до 3,5 В Оба усилителя могут работать в одинаковых режимах. Входы усилителя соединены с не инвертирующим входом ШИМ-компаратора. Такая архитектура микросхемы (с управлением по цепи обратной связи) позволяет поддерживать напряжение на выходе источника питания с минимальным отклонением. В двухтактном режиме вход управления выходными каскадами (вывод 13) подключается к источнику опорного напряжения (вывод 14), который в рабочем режиме формирует напряжение +5 В. с максимальным током нагрузки 10 мА. Назначение этого источника – питание внешних по отношению к микросхеме цепей.

Иногда при построении аналоговых устройств возникает необходимость обеспечения электрической (или гальванической) развязки между каскадами. В этом случае используют пары элементов передающие информацию в канал связи светом. В качестве источников в этом случае могут использоваться, например:

- светодиоды;

- полупроводниковые лазеры.

В качестве приемников:

- фоторезисторы;

- фотодиоды;

- фототранзисторы и т.д.

Принцип работы подобных каналов связи основан, с одной стороны, на модуляции интенсивности излучения светоизлучающего элемента в соответствии с электрическим сигналом, который надо передать , а с другой стороны, на преобразование фотоэлемента приемного светового сигнала в электрический сигнал в приемной части.

Основные направления развития электроники.

Электроника включает в себя три области исследований:

1. вакуумную электронику;

2. твердотельную электронику;

3. квантовую электронику.

Каждая область подразделяется на ряд разделов и ряд направлений.

Раздел объединяет комплексы однородных физико-химическихявлений и процессов, которые имеют фундаментальное значение дляразработки многих классов электронных приборов данной области.

Направление охватывает методы конструирования и расчетов электронных приборов, родственных по принципам действия или по выполняемым ими функциям, а также способы изготовления этих приборов.

Основные направления вакуумной электроники охватывают вопросы создания электровакуумных приборов (ЭВП) следующих видов:

· электронных ламп (диодов, триодов, тетродов, пентодов и т. д.);

· ЭВП СВЧ (магнетронов, клистронов и т. п.);

· фотоэлектронных приборов (фотоэлементов, фотоэлектронных умножителей), рентгеновских трубок;

· газоразрядных приборов (мощных преобразователей тока, источников света, индикаторов).

Твердотельная электроника содержит следующие разделы, связанные в основном с полупроводниковой электроникой:

1. изучение свойств полупроводниковых материалов, влияние примесей на эти свойства;

2. создание в кристалле областей с различной проводимостью методами эпитаксиального выращивания, диффузии, ионного внедрения (имплантации), воздействием радиации на полупроводниковые структуры;

3. нанесение диэлектрических и металлических пленок на полупроводниковые материалы, разработка технологии создания пленок с необходимыми свойствами и конфигурацией;

4. исследование физических и химических процессов на поверхности полупроводников;

5. разработка способов и средств получения и измерения элементов приборов микронных и субмикронных размеров (нанотехнология).

Основные направления полупроводниковой электроники связаны с разработкой и изготовлением различных видов полупроводниковых приборов:

· полупроводниковых диодов (выпрямительных, смесительных, параметрических, стабилитронов); усилительных и генераторных диодов (туннельных, лавинно-пролетных, диодов Ганна); транзисторов (биполярных и униполярных), тиристоров, оптоэлектронных приборов (светоизлучающих диодов, фотодиодов, фототранзисторов, оптронов, светодиодных и фотодиодных матриц), интегральных схем;

· диэлектрическая электроника, изучающая электронные процессы в диэлектриках (в частности, в тонких диэлектрических пленках) и их использование, например, для создания диэлектрических диодов, конденсаторов;

· магнитоэлектроника, использующая магнитные свойства вещества для управления потоками электромагнитной энергии с помощью ферритовых вентилей, циркуляторов, фазовращателей и т. д., и для создания запоминающих устройств, в т. ч. на магнитных доменах;

· акустоэлектроника и пьезоэлектроника, рассматривающие вопросы распространения поверхностных и объемных акустических волн и создаваемых ими переменных электрических полей в кристаллических материалах и взаимодействия этих полей с электронами в приборах с полупроводниково-пьезоэлектрической структурой (кварцевых стабилизаторах частоты, пьезоэлектрических фильтрах, ультразвуковых линиях задержки, акустических усилителях и т. д.);

· криоэлектроника, исследующая изменения свойств твердого тела при глубоком охлаждении для построения малошумящих усилителей и генераторов СВЧ, сверхбыстродействующих вычислительных и запоминающих устройств;

· разработка и изготовление резисторов.

Наиболее важные направления квантовой электроники – создание лазеров и мазеров.

На основе приборов квантовой электроники строятся устройства для точного измерения расстояний (дальномеры), квантовые стандарты частоты, квантовые гироскопы, системы оптической многоканальной связи, дальней космической связи, радиоастрономии. Энергетическое воздействие лазерного концентрированного излучения на вещество используется в промышленной технологии. Лазеры находят различное применение в биологии и медицине.

2. Основные виды преобразование энергии. Классификация преобразователей.

Электрическая энергия вырабатывается на электрических станциях и передается потребителям главным образом в виде переменного трехфазного тока промышленной частоты 50 Гц. Однако как в промышленности, так и на транспорте имеются установки, для питания которых переменный ток частотой 50 Гц непригоден.

К числу основных видов преобразования электрической энергии относят:

1. выпрямление переменного тока;

2. инвертирование тока;

3. преобразование частоты;

4. преобразование числа фаз;

5. преобразование постоянного тока одного напряжения в постоянный ток другого напряжения;

6. формирование определенной кривой переменного напряжения (например, мощных импульсов тока), которые находят применение в специальных установках.

Реально существует большой класс преобразователей, которые делят на:

7. ведомые, зависимые от сети. Осуществляется периодический переход тока с одного вентиля на другой, коммутация тока осуществляется под действием переменного напряжения какого-либо внешнего источника;

8. автономные. Коммутация осуществляется специальной электрической цепью, формирующей управляющие сигналы.

Классификация преобразователей электрической энергии по назначению:

9. преобразователи с естественной коммутацией, в которых цепь переменного тока связана с цепью постоянного тока. Эти преобразователи обеспечивают передачу энергии в обоих направлениях. Различают выпрямительный и инверторный режимы их работы;

10. преобразователи с принудительной коммутацией, с помощью которых связана цепь постоянного тока с переменной. Также обеспечивают работу в двух режимах, но в основном в инверторном режиме;

11. преобразователи с принудительной коммутацией, разделяющие две цепи постоянного тока (прерыватели постоянного тока);

12. преобразователи с естественной или принудительной коммутацией, разделяющие две цепи переменного тока одной частоты (прерыватели переменного тока);

13. специальные преобразователи, представляющие собой комбинации всех остальных (например, преобразователь частоты со звеном постоянного тока);

14. преобразователи с естественной и принудительной коммутацией, связывающие цепи переменного тока разных частот (преобразователи частоты).

1. Выпрямление переменного тока — преобразование переменного тока (обычно промышленной частоты) в постоянный ток. Этот вид преобразования получил наибольшее развитие, так как часть потребителей электрической энергии может работать только на постоянном токе (электрохимические и электрометаллургические установки, линии передачи постоянного тока, электролизные ванны, заряжаемые аккумуляторные батареи, радиотехническая аппаратура и т.д.), другие же потребители имеют на постоянном токе лучшие характеристики, чем на переменном токе (регулируемые электродвигатели).

2. Инвертирование тока — преобразование постоянного тока в переменный. Инвертор применяется в тех случаях, когда источник энергии генерирует постоянный ток (электромашинные генераторы постоянного тока, аккумуляторные батареи и другие химические источники тока, солнечные батареи, магнитогидродинамические генераторы и т.д.), а для потребителей нужна энергия переменного тока. В ряде случаев инвертирование тока необходимо при других видах преобразования электрической энергии (преобразование частоты, преобразование числа фаз).

3. Преобразование частоты — преобразование переменного тока одной частоты (обычно 50 Гц) в переменный ток другой частоты. Такое преобразование необходимо для питания регулируемых электроприводов переменного тока, установок индукционного нагрева и плавки металлов, ультразвуковых устройств и т. д.

Преобразование числа фаз. В ряде случаев встречается необходимость в преобразовании трехфазного тока в однофазный (например, для питания дуговых электропечей) или, наоборот, однофазного в трехфазный. Так, на электрифицированном транспорте используется контактная сеть однофазного переменного тока, а на электровозах используются вспомогательные машины трехфазного тока. В промышленности используются трехфазно-однофазные преобразователи частоты с непосредственной связью, в которых наряду с преобразованием промышленной частоты в более низкую происходит и преобразование трехфазного напряжения в однофазное.

Разработаны различные типы преобразователей (ПР), которые обладают 1 общим признаком: управляют потоком энергии путем вкл/выкл СПП, или за счет циклической передачи тока от одного СПП к другому (коммутация).

Наиболее часто ПР классифицируют по виду коммутации и различают ПР с естественной и принудительной коммутацией. В ПР с естественной коммутацией циклическая коммутация СПП происходит под действием «~» напряжением источника питания. В ПР принудительной коммутацией коммутация происходит под действием дополнит. коммутирующих узлов или системы управления. По назначению ПР делят на:

1. ПР с ест. комм., связывающие цепь «~» тока с цепью «-» тока и наоборот. Эти ПР обеспечивают передачу энергии в обоих направлениях и в зависимости от направления передачи различают выпрямительный и инверсный режимы их работы

2. ПР с принудительной коммутацией, связывающих цепь «-» тока с цепью «~» тока. Обеспечивают передачи в обоих направлениях, однако используются в инверторном режиме.

3. ПР с принудительной коммутацией, разделяющие цепи «-» и «~» тока называемые прерывателями «-» тока.

4. ПР с естеств. или принудительной коммутацией, разделяющие две цепи «~» тока одной частоты, называемые прерывателями «~» тока.

5. ПР с естеств. или принудительной коммутацией, связывающие сети «~» тока разной частоты, называемые преобразователи частоты.

6. Смешанные преобразователи.

Неотъемлемой частью ПР является различные схемы управления, регулирования, защиты. Для управлением ПР требуется незначительная, поэтому передача и обработка управляющей информации происходит при малом расходе энергии.

2. Активные и реактивные мощности, полные мощности.

Активная мощность

Единица измерения — ватт (русское обозначение:Вт).

P = U⋅I⋅cosφ .

Среднее за период T значение мгновенной мощности называется активной электрической мощностью или электрической мощностью:

. В цепях однофазного синусоидального тока P = U⋅I⋅cosφ , где U и I — среднеквадратичные значения напряжения и тока, φ — угол сдвига фаз между ними. Для цепей несинусоидального тока электрическая мощность равна сумме соответствующих средних мощностей отдельных гармоник. Активная мощность характеризует скорость необратимого превращения электрической энергии в другие виды энергии (тепловую и электромагнитную). Активная мощность может быть также выражена через силу тока, напряжение и активную составляющую сопротивления цепи r или её проводимость g по формуле P = I²⋅r = U²⋅g . В любой электрической цепи как синусоидального, так и несинусоидального тока активная мощность всей цепи равна сумме активных мощностей отдельных частей цепи, для трёхфазных цепей электрическая мощность определяется как сумма мощностей отдельных фаз. С полной мощностью Sактивная связана соотношением P = S⋅cosφ .

В теории длинных линий (анализ электромагнитных процессов в линии передачи, длина которой сравнима с длиной электромагнитной волны) полным аналогом активной мощности является проходящая мощность, которая определяется как разность между падающей мощностью и отраженной мощностью.

Реактивная мощность

Единица измерения — вольт-ампер реактивный (русское обозначение: вар; международное: var).

Q = U⋅I⋅sinφ .

Реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи синусоидального переменного тока, равна произведению среднеквадратичных значений напряжения U и тока I, умноженному на синус угла сдвига фаз φ между ними: Q = U⋅I⋅sinφ (если ток отстаёт от напряжения, сдвиг фаз считается положительным, если опережает — отрицательным). Реактивная мощность связана с полной мощностью S и активной мощностью P соотношением: | Q | = .

Физический смысл реактивной мощности — это энергия, перекачиваемая от источника на реактивные элементы приёмника (индуктивности, конденсаторы, обмотки двигателей), а затем возвращаемая этими элементами обратно в источник в течение одного периода колебаний, отнесённая к этому периоду.

Полная мощность

Единица полной электрической мощности — вольт-ампер (русское обозначение: В·А; международное: V·A)[1].

Полная мощность — величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока I в цепи и напряжения U на её зажимах: S = U⋅I; связана с активной и реактивной мощностями соотношением: S= , где P — активная мощность, Q — реактивная мощность (при индуктивной нагрузке Q> 0 , а при ёмкостной Q< 0 ).

Векторная зависимость между полной, активной и реактивной мощностью выражается формулой: =

Полная мощность имеет практическое значение, как величина, описывающая нагрузки, фактически налагаемые потребителем на элементы подводящей электросети (провода, кабели, распределительные щиты, трансформаторы, линии электропередачи), так как эти нагрузки зависят от потребляемого тока, а не от фактически использованной потребителем энергии. Именно поэтому полная мощность трансформаторов и распределительных щитов измеряется в вольт-амперах, а не в ваттах.