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.
4. 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.