પાવર સિસ્ટમ્સમાં કન્વર્ટર ઉપકરણો

વિદ્યુત ઉર્જા પાવર પ્લાન્ટ્સમાં ઉત્પન્ન થાય છે અને મુખ્યત્વે સપ્લાય ફ્રીક્વન્સી સાથે વૈકલ્પિક પ્રવાહના સ્વરૂપમાં વિતરિત થાય છે. જોકે મોટી સંખ્યામાં વીજળી ગ્રાહકો ઉદ્યોગમાં તેના વીજ પુરવઠા માટે અન્ય પ્રકારની વીજળીની જરૂર પડે છે.

મોટેભાગે જરૂરી છે:

• ડીસી. (ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ અને ઇલેક્ટ્રોલિસિસ બાથ, ડાયરેક્ટ કરંટ ઇલેક્ટ્રિક ડ્રાઇવ, ઇલેક્ટ્રિક ટ્રાન્સપોર્ટ અને લિફ્ટિંગ ડિવાઇસ, ઇલેક્ટ્રિક વેલ્ડિંગ ડિવાઇસ);

• વૈકલ્પિક પ્રવાહ બિન-ઔદ્યોગિક આવર્તન (ઇન્ડક્શન હીટિંગ, વેરિયેબલ સ્પીડ એસી ડ્રાઇવ).

આ જોડાણમાં, વૈકલ્પિક પ્રવાહને ડાયરેક્ટ (રેક્ટિફાઇડ) વર્તમાનમાં રૂપાંતરિત કરવું અથવા જ્યારે એક આવર્તનના વૈકલ્પિક પ્રવાહને બીજી આવર્તનના વૈકલ્પિક પ્રવાહમાં રૂપાંતરિત કરવું જરૂરી બને છે. ઇલેક્ટ્રિકલ પાવર ટ્રાન્સમિશન સિસ્ટમ્સમાં, થાઇરિસ્ટર ડીસી ડ્રાઇવમાં, વપરાશના બિંદુએ ડાયરેક્ટ કરંટને વૈકલ્પિક પ્રવાહ (વર્તમાન વ્યુત્ક્રમ) માં રૂપાંતરિત કરવાની જરૂર છે.

આ ઉદાહરણો એવા તમામ કેસોને આવરી લેતા નથી કે જ્યાં વિદ્યુત ઊર્જાનું એક પ્રકારમાંથી બીજામાં રૂપાંતરણ જરૂરી હોય.ઉત્પાદિત તમામ વીજળીના ત્રીજા કરતાં વધુ ઊર્જા અન્ય પ્રકારની ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થાય છે, તેથી જ તકનીકી પ્રગતિ મોટાભાગે રૂપાંતર ઉપકરણો (કન્વર્ટિંગ સાધનો) ના સફળ વિકાસ સાથે સંબંધિત છે.

તકનીકી રૂપાંતર ઉપકરણોનું વર્ગીકરણ

રૂપાંતરિત ઉપકરણોના મુખ્ય પ્રકારો

દેશના ઉર્જા સંતુલનમાં તકનીકી ઉપકરણોને કન્વર્ટ કરવાનો હિસ્સો નોંધપાત્ર સ્થાન ધરાવે છે. અન્ય પ્રકારના કન્વર્ટરની તુલનામાં સેમિકન્ડક્ટર કન્વર્ટરના ફાયદા નિર્વિવાદ છે. મુખ્ય ફાયદા નીચે મુજબ છે:

- સેમિકન્ડક્ટર કન્વર્ટરમાં ઉચ્ચ નિયમન અને ઊર્જા લાક્ષણિકતાઓ હોય છે;

- નાના પરિમાણો અને વજન છે;

- ઓપરેશનમાં સરળ અને વિશ્વસનીય;

- પાવર સપ્લાય સર્કિટમાં કરંટનું કોન્ટેક્ટલેસ સ્વિચિંગ પ્રદાન કરો.

આ ફાયદાઓ માટે આભાર, સેમિકન્ડક્ટર કન્વર્ટરનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે: નોન-ફેરસ ધાતુશાસ્ત્ર, રાસાયણિક ઉદ્યોગ, રેલવે અને શહેરી પરિવહન, ફેરસ ધાતુશાસ્ત્ર, મિકેનિકલ એન્જિનિયરિંગ, ઊર્જા અને અન્ય ઉદ્યોગો.

અમે મુખ્ય પ્રકારનાં રૂપાંતરણ ઉપકરણોની વ્યાખ્યા આપીશું.

રેક્ટિફાયર એ એસી વોલ્ટેજને ડીસી વોલ્ટેજ (U ~ → U =) માં રૂપાંતરિત કરવા માટેનું ઉપકરણ છે.

ડાયરેક્ટ વોલ્ટેજને વૈકલ્પિક વોલ્ટેજ (U = → U ~) માં રૂપાંતરિત કરવા માટે ઇન્વર્ટરને ઉપકરણ કહેવામાં આવે છે.

ફ્રીક્વન્સી કન્વર્ટર એક ફ્રીક્વન્સીના વૈકલ્પિક વોલ્ટેજને બીજી ફ્રીક્વન્સી (Uf1→Uf2)ના વૈકલ્પિક વોલ્ટેજમાં રૂપાંતરિત કરવાનું કામ કરે છે.

એસી વોલ્ટેજ કન્વર્ટર (રેગ્યુલેટર) લોડને પૂરા પાડવામાં આવતા વોલ્ટેજને બદલવા (નિયમન) કરવા માટે રચાયેલ છે, એટલે કે. એક જથ્થાના AC વોલ્ટેજને બીજા જથ્થાના AC વોલ્ટેજમાં રૂપાંતરિત કરે છે (U1 ~ → U2 ~).

અહીં ટેક્નોલોજી કન્વર્ઝન ડિવાઈસના સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા પ્રકારો છે... ડાયરેક્ટ કરંટની તીવ્રતા, કન્વર્ટરના તબક્કાઓની સંખ્યા, વોલ્ટેજ કર્વનો આકાર વગેરેને કન્વર્ટ કરવા (નિયમન) કરવા માટે રચાયેલ સંખ્યાબંધ રૂપાંતરણ ઉપકરણો છે.

તત્વ આધાર કન્વર્ટિંગ ઉપકરણોની સંક્ષિપ્ત લાક્ષણિકતાઓ

બધા કન્વર્ટિંગ ઉપકરણો, વિવિધ હેતુઓ માટે રચાયેલ છે, ઓપરેશનના સામાન્ય સિદ્ધાંત ધરાવે છે, જે ઇલેક્ટ્રિક વાલ્વના સામયિક સ્વિચિંગ પર અને બંધ પર આધારિત છે. હાલમાં, સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણોનો ઉપયોગ વિદ્યુત વાલ્વ તરીકે થાય છે. સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા ડાયોડ, thyristors, triacs અને પાવર ટ્રાંઝિસ્ટરકી મોડમાં કામ કરે છે.

1. ડાયોડ્સ એકતરફી વાહકતા સાથે ઇલેક્ટ્રિક સર્કિટના બે-ઇલેક્ટ્રોડ તત્વોનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. ડાયોડનું વાહકતા લાગુ કરેલ વોલ્ટેજની ધ્રુવીયતા પર આધાર રાખે છે. સામાન્ય રીતે, ડાયોડને લો-પાવર ડાયોડ્સ (મંજૂરીપાત્ર સરેરાશ વર્તમાન Ia ≤ 1A), મધ્યમ-પાવર ડાયોડ્સ (Ia = 1 — 10A ઉમેરીને) અને ઉચ્ચ-શક્તિના ડાયોડ (Ia ≥ 10A ઉમેરીને) વિભાજિત કરવામાં આવે છે. તેમના હેતુ મુજબ, ડાયોડ્સને ઓછી-આવર્તન (fadd ≤ 500 Hz) અને ઉચ્ચ-આવર્તન (fdop> 500 Hz) માં વિભાજિત કરવામાં આવે છે.

રેક્ટિફાયર ડાયોડ્સના મુખ્ય પરિમાણો સૌથી વધુ સરેરાશ રેક્ટિફાઇડ કરંટ, Ia એડિશન, A, અને સૌથી વધુ રિવર્સ વોલ્ટેજ, Ubmax, B છે, જે તેના ઓપરેશનમાં ખલેલ પહોંચાડવાના ભય વિના લાંબા સમય સુધી ડાયોડ પર લાગુ કરી શકાય છે.

મધ્યમ અને ઉચ્ચ પાવર કન્વર્ટરમાં શક્તિશાળી (હિમપ્રપાત) ડાયોડ લાગુ કરો. આ ડાયોડ્સમાં કેટલીક વિશિષ્ટ લાક્ષણિકતાઓ હોય છે કારણ કે તેઓ ઉચ્ચ પ્રવાહો અને ઉચ્ચ રિવર્સ વોલ્ટેજ પર કાર્ય કરે છે, જેના પરિણામે p-n જંકશનમાં નોંધપાત્ર પાવર રિલીઝ થાય છે.તેથી અસરકારક ઠંડક પદ્ધતિઓ અહીં પ્રદાન કરવી જોઈએ.

પાવર ડાયોડની બીજી વિશેષતા એ છે કે અચાનક લોડ ઘટવાથી થતા ટૂંકા ગાળાના ઓવરવોલ્ટેજ સામે રક્ષણ કરવાની જરૂર છે, કટોકટી સ્થિતિઓ.

ઓવરવોલ્ટેજથી પાવર સપ્લાય ડાયોડના રક્ષણમાં સંભવિત વિદ્યુત ભંગાણ p-n - સપાટીના વિસ્તારોથી બલ્કમાં સંક્રમણનો સમાવેશ થાય છે. આ કિસ્સામાં, ભંગાણમાં હિમપ્રપાતનું પાત્ર છે, અને ડાયોડને હિમપ્રપાત કહેવામાં આવે છે. આવા ડાયોડ્સ સ્થાનિક વિસ્તારોને વધુ ગરમ કર્યા વિના પૂરતા પ્રમાણમાં મોટો રિવર્સ પ્રવાહ પસાર કરવામાં સક્ષમ છે.

કન્વર્ટર ઉપકરણોના સર્કિટ વિકસાવતી વખતે, એક ડાયોડના મહત્તમ સ્વીકાર્ય મૂલ્ય કરતાં વધુ સુધારેલ વર્તમાન મેળવવાની જરૂર પડી શકે છે. આ કિસ્સામાં, સમાન પ્રકારના ડાયોડ્સના સમાંતર જોડાણનો ઉપયોગ જૂથમાં સમાવિષ્ટ ઉપકરણોના સતત પ્રવાહોને સમાન કરવા માટેના પગલાં અપનાવવા સાથે થાય છે. કુલ અનુમતિપાત્ર રિવર્સ વોલ્ટેજ વધારવા માટે, ડાયોડ્સના શ્રેણી જોડાણનો ઉપયોગ થાય છે. તે જ સમયે, રિવર્સ વોલ્ટેજના અસમાન વિતરણને બાકાત રાખવા માટે પગલાં આપવામાં આવે છે.

સેમિકન્ડક્ટર ડાયોડ્સની મુખ્ય લાક્ષણિકતા વર્તમાન-વોલ્ટેજ (વીએસી) લાક્ષણિકતા છે. સેમિકન્ડક્ટર માળખું અને ડાયોડ પ્રતીક ફિગમાં બતાવવામાં આવ્યું છે. 1, એ, બી. ડાયોડની વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતાની વિપરીત શાખા ફિગમાં બતાવવામાં આવી છે. 1, c (વળાંક 1 — I — V એક હિમપ્રપાત ડાયોડની લાક્ષણિકતા, વળાંક 2 — I — V પરંપરાગત ડાયોડની લાક્ષણિકતા).

ચોખા. 1 — ડાયોડ વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતાનું પ્રતીક અને વ્યસ્ત શાખા.

થાઇરિસ્ટર્સ તે ચાર-સ્તરનું સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણ છે જેમાં બે સ્થિર અવસ્થાઓ છે: ઓછી વાહકતાની સ્થિતિ (થાયરિસ્ટર બંધ) અને ઉચ્ચ વાહકતા (થાયરિસ્ટર ખુલ્લું). એક સ્થિર સ્થિતિમાંથી બીજામાં સંક્રમણ બાહ્ય પરિબળોની ક્રિયાને કારણે થાય છે. મોટેભાગે, થાઇરિસ્ટરને અનલૉક કરવા માટે, તે વોલ્ટેજ (વર્તમાન) અથવા પ્રકાશ (ફોટોથાઇરિસ્ટર) દ્વારા પ્રભાવિત થાય છે.

ડાયોડ thyristors (dynistors) અને triode thyristors કંટ્રોલ ઈલેક્ટ્રોડને અલગ પાડો. બાદમાં સિંગલ-લેવલ અને બે-લેવલમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે.

સિંગલ-એક્શન થાઇરિસ્ટર્સમાં, ગેટ સર્કિટ પર માત્ર થાઇરિસ્ટર ટર્ન-ઑફ ઑપરેશન કરવામાં આવે છે. થાઇરિસ્ટર હકારાત્મક એનોડ વોલ્ટેજ અને કંટ્રોલ ઇલેક્ટ્રોડ પર કંટ્રોલ પલ્સની હાજરી સાથે ખુલ્લી સ્થિતિમાં જાય છે. તેથી, થાઇરિસ્ટરનું મુખ્ય વિશિષ્ટ લક્ષણ તેના પર ફોરવર્ડ વોલ્ટેજની હાજરીમાં તેના ફાયરિંગ સમયે મનસ્વી વિલંબની સંભાવના છે. એનોડ-કેથોડ વોલ્ટેજની ધ્રુવીયતાને બદલીને સિંગલ-ઓપરેશન થાઇરિસ્ટર (તેમજ ડિનિસ્ટર) નું લોકીંગ હાથ ધરવામાં આવે છે.

ડ્યુઅલ ડ્યુટી થાઇરિસ્ટર કંટ્રોલ સર્કિટને થાઇરિસ્ટરને અનલૉક અને લૉક બંને કરવાની મંજૂરી આપે છે. કંટ્રોલ ઇલેક્ટ્રોડ પર રિવર્સ પોલેરિટીની કંટ્રોલ પલ્સ લાગુ કરીને લોકીંગ કરવામાં આવે છે.

એ નોંધવું જોઇએ કે ઉદ્યોગ હજારો એમ્પીયરના અનુમતિપાત્ર પ્રવાહો અને કિલોવોલ્ટના એકમના અનુમતિપાત્ર વોલ્ટેજ માટે સિંગલ-એક્શન થાઇરિસ્ટોર્સનું ઉત્પાદન કરે છે. હાલના ડબલ-એક્શન થાઇરિસ્ટોર્સમાં સિંગલ-એક્શન (એકમો અને દસ એમ્પીયર) અને ઓછા સ્વીકાર્ય વોલ્ટેજ કરતાં નોંધપાત્ર રીતે ઓછા સ્વીકાર્ય પ્રવાહો હોય છે. આવા થાઇરિસ્ટોર્સનો ઉપયોગ રિલે સાધનોમાં અને લો-પાવર કન્વર્ટર ઉપકરણોમાં થાય છે.

અંજીરમાં.2 થાઇરિસ્ટરનું પરંપરાગત હોદ્દો, સેમિકન્ડક્ટર સ્ટ્રક્ચરની યોજનાકીય અને થાઇરિસ્ટરની વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતા દર્શાવે છે. A, K, UE અક્ષરો અનુક્રમે એનોડ, કેથોડ અને થાઇરિસ્ટર નિયંત્રણ તત્વના આઉટપુટ દર્શાવે છે.

થાઇરિસ્ટરની પસંદગી અને કન્વર્ટર સર્કિટમાં તેની કામગીરી નક્કી કરતા મુખ્ય પરિમાણો છે: માન્ય ફોરવર્ડ કરંટ, આઇએ એડિટિવ, એ; બંધ સ્થિતિમાં સ્વીકાર્ય ફોરવર્ડ વોલ્ટેજ, Ua max, V, માન્ય રિવર્સ વોલ્ટેજ, Ubmax, V.

કન્વર્ટર સર્કિટની ઓપરેટિંગ ક્ષમતાઓને ધ્યાનમાં લેતા થાઇરિસ્ટરનું મહત્તમ ફોરવર્ડ વોલ્ટેજ, ભલામણ કરેલ ઓપરેટિંગ વોલ્ટેજ કરતાં વધુ ન હોવું જોઈએ.

ચોખા. 2 — થાઇરિસ્ટર પ્રતીક, સેમિકન્ડક્ટર સ્ટ્રક્ચર ડાયાગ્રામ અને થાઇરિસ્ટર વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતા

એક મહત્વપૂર્ણ પરિમાણ એ ખુલ્લી સ્થિતિમાં થાઇરિસ્ટરનું હોલ્ડિંગ વર્તમાન છે, Isp, A, ન્યૂનતમ ફોરવર્ડ કરંટ છે, જેનાં નીચલા મૂલ્યો પર થાઇરિસ્ટર બંધ થાય છે; કન્વર્ટરના લઘુત્તમ અનુમતિપાત્ર લોડની ગણતરી કરવા માટે જરૂરી પરિમાણ.

અન્ય પ્રકારના રૂપાંતરણ ઉપકરણો

ટ્રાયક્સ ​​(સપ્રમાણતાવાળા થાઇરિસ્ટોર્સ) બંને દિશામાં પ્રવાહનું સંચાલન કરે છે. ટ્રાયકના સેમિકન્ડક્ટર સ્ટ્રક્ચરમાં પાંચ સેમિકન્ડક્ટર સ્તરો હોય છે અને તે થાઇરિસ્ટર કરતાં વધુ જટિલ રૂપરેખાંકન ધરાવે છે. p- અને n-સ્તરોના સંયોજનનો ઉપયોગ કરીને સેમિકન્ડક્ટર માળખું બનાવે છે જેમાં, વિવિધ વોલ્ટેજ ધ્રુવીયતા પર, થાઇરિસ્ટરની વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતાની સીધી શાખાને અનુરૂપ શરતો પૂર્ણ થાય છે.

બાયપોલર ટ્રાંઝિસ્ટરકી મોડમાં કામ કરે છે.ટ્રાંઝિસ્ટરના મુખ્ય સર્કિટમાં બાય-ઓપરેશનલ થાઇરિસ્ટરથી વિપરીત, સ્વીચની સમગ્ર વાહક સ્થિતિમાં નિયંત્રણ સિગ્નલ જાળવવું જરૂરી છે. દ્વિધ્રુવી ટ્રાન્ઝિસ્ટર વડે સંપૂર્ણ નિયંત્રણ કરી શકાય તેવી સ્વીચ અનુભવી શકાય છે.

પીએચ.ડી. કોલ્યાડા એલ.આઈ.