Заключение

При создании телеграфного аппарата П.Л. Шиллинг в 1820 г. применил впервые электромагнитное реле. В России термин аппарат был распространен с 1879 г. известным электротехником П.Н. Яблочковым на следующие электротехнические устройства того времени: рубильники, переключатели, коммутаторы, реле и регуляторы.

Наличие подвижных механических частей, явления искро- и дугообразования при коммутации, ограниченное быстродействие и другие негативные факторы, присущие электромеханическим ЭА, инициировали работы по созданию статических ЭА, которые в научно-технической литературе ранее назывались бесконтактными, а в последнее время – силовыми электронными аппаратами. Первыми статическими устройствами, на основе которых начали создавать статические ЭА, были дроссели насыщения, управляемые путем подмагничивания постоянным током (магнитные усилители). Нелинейность их вольтамперных характеристик и управляемость относительно маломощным сигналом позволили создать на их основе усилители, регуляторы и статическое реле. Эффективность таких устройств особенно возросла при включении в схемы таких устройств полупроводниковых диодов. Значительные успехи на этом направлении были достигнуты в 50-60-е годы отечественными учеными: Е. Л. Львов, Р.А. Липман, Л. И. Шопен и др.

Производство мощных биполярных транзисторов и создание в 1958 г. тиристоров обусловило новый этап полупроводниковых приборов, на основе которых были созданы различные типы быстродействующих реле, регуляторов пускателей для асинхронных двигателей и др. Одновременно начало формироваться новое направление в области электрических аппаратов – гибридные электрические аппараты, обладающие достоинствами как электромеханических, так и полупроводниковых аппаратов.

В 80-х годах начался новый этап в развитии силовой электроники, который был обусловлен созданием мощных быстродействующих и полностью управляемых силовых полупроводниковых приборов: мощных полевых транзисторов и транзисторов с изолированным затвором, запираемых тиристоров и др. Развитие электронных технологий позволило организовать массовое производство силовых интегральных модулей компактных конструкций. В одном корпусе они объединяют как силовые электронные ключи, так и элементы микроэлектроники с различной степенью интеграции. Такие модули позволяют реализовать различные законы регулирования, включая формирование сигналов защиты, диагностики и др. При необходимости модули могут включать в себя микропроцессоры или соответствующий интерфейс для сопряжения с устройствами управления и распределения электрической энергии. В результате расширенных функциональных возможностей такие модули получили название «разумных» или «интеллектуальных».

Элементная база современной силовой электроники существенно расширила диапазон коммутируемых мощностей до единиц мегаватт, позволила поднять верхний уровень частоты коммутации электронных ключей, что сделало возможным создавать аппараты управления, регулирования и защиты постоянного и переменного тока с высокими технико-экономическими показателями. Появились новые виды силовых электронных аппаратов, управляющих качеством электрической энергии и коэффициентом мощности. Эти аппараты обладают большими функциональными возможностями в части реализации законов управления, защиты, диагностики текущего состояния, развитым интерфейсом для обмена информацией с внешней средой.

Однако силовые электронные ключи по принципу действия не обеспечивают такого низкого уровня потерь мощности во включенном проводящем состоянии как металлические контакты, а также не способны создать уровень изоляции, соответствующий разомкнутым контактам ЭА. В этой связи для определенных условий применения наиболее эффективным по технико-экономическим показателям оказываются гибридные ЭА. Последние являются компромиссным техническим решением, позволяющим соединить положительные качества электромеханических и силовых электронных аппаратов в одном комбинированном устройстве.

Достижения современной микропроцессорной техники в настоящее время используются, как в электромеханических, так и силовых электронных аппаратах. Это позволяет существенно расширить их функциональные возможности, обеспечить эффективный контроль и диагностику, а также возможность управления с различных иерархических уровней системы, в которой используются ЭА.