Полупроводниковые приборы

Полупроводниковые приборы находят все более широкое применение на э.п.с. Их используют в преобразователях электроэнергии различного назначения. В некоторых из них одновременно осуществляется регулирование напряжения или тока. Например, это возможно в тиристорных преобразователях. Однако распространение полупроводниковых приборов сдерживается некоторыми их особенностями. К ним относятся, например, «полууправляемость» тиристоров, обусловленная сложностью управления их выключением, высокое быстродействие, требующее принятия специальных мер для снижения коммутационных перенапряжений, необходимость применения дополнительных коммутационных аппаратов, так как полупроводниковые приборы не обеспечивают гальванической развязки цепей.

Рассмотрим примеры использования полупроводниковых приборов в коммутационных ключах и регуляторах.

В тиристор ном ключе для одной фазы переменного тока (рис. 6.18, а) включены параллельно и встречно по отношению друг к другу тиристоры VS1 и VS2, шунтированные конденсатором С и резистором R. Каждый полупериод соответствующий тиристор включается импульсами блока управления БУ. Цепь выключается при поступлении распорядительных сигналов в блок БУ, прекращающий подачу управляющих импульсов на тиристоры. После выключения цепи БУ подает сигнал на ее отключение разъединителем S.

Цепь RC служит для выравнивания переходных процессов при включении и выключении тиристоров (применяется не всегда).

Необходимая условная коммутационная мощность вентилей, кВ А,

,

где — обратное напряжение вентиля, В; — его номинальный ток; А; — число вентилей, включенных последовательно; — число параллельных ветвей, вентилей.

Рис. 6.18. Принцип тиристорных коммутационных устройств для силовых испей: а - фазы переменного тока; б - цени постоянного тока

Для выполнения коммутаций нужна такая же по мощности преобразовательная установка, как и для преобразования всей энергии в коммутируемой цепи.

Еще сложнее принцип действия тиристорной установки, применяемой для переключений в цепи постоянного тока (рис. 6.18,б). Здесь цепь нагрузки включается по распорядительным сигналам , блоком управления БУ, который после замыкания разъединителя S выдает сигнал на включение тиристора VS1. Выключение по оперативным или защитным распорядительным сигналам производится включением тиристора VS2 по команде БУ. При этом возникает ток разряда конденсатора С в контуре С — VS2 — VS1 — С встречно по отношению к току в главной цепи. При предварительно заряженном конденсаторе для того, чтобы и при этом выключился тиристор VS1, достаточно нескольких десятков микросекунды. Хотя тиристор VS1 выключился, ток в цепи, поддерживаемый индуктивностью L, проходит через тиристор VS2 и конденсатор С, который разряжается, а затем заряжается с противоположной полярностью.

Напряжение конденсатора (при начальном напряжении на нем )

Максимум будет при условии , т. е. если . При этом выключается тиристор VS2, полностью отключая цепь. Первоначальная полярность конденсатора С восстанавливается при повторном включении VS1. Для снижения коммутационных перенапряжений индуктивную нагрузку шунтируют диодом VD2. Коммутационная мощность вентилей в этом случае при прочих равных условиях даже больше, чем при переменном токе.

Рис. 6.19. Схема бесконтактного регулятора напряжения генератора тока управления  

Можно сделать вывод, что при существующих полупроводниковых приборах создавать на их базе для силовых цепей специальные коммутационные устройства нецелесообразно ни с технической, ни с экономической стороны. Имеющуюся преобразовательную установку, рассчитанную на полную мощность цепи, целесообразно использовать по возможности для переключения цепей.

На э. н. с. перспективно применение полупроводниковых приборов в информативно-распорядительных цепях управления. Имеются все условия для коренного совершенствования этих систем на базе микропроцессоров и кодированного автоматизированного связывания. Пока эти возможности используют слабо, а такие элементы, как диоды, транзисторы, стабилитроны, применяют в цепях управления для выполнения отдельных операций. Реже формируют из них более сложные устройства, например триггерные ячейки и др.

Транзисторы используют как усилительные и релейные элементы, иногда формируя на их базе триггерные ячейки различного назначения. Триггеры — пара коммутирующих элементов, охваченных перекрестной обратной связью, — чаще всего используют в качестве логических элементов (например, бесконтактных блокировок).

В качестве примера рассмотрим устройство, работающее по принципу триггера — бесконтактный регулятор напряжения типа БРН-10 генератора тока управления (рис. 6.19). Триггерная ячейка сформирована на базе транзисторов VT1 и VT2. На базу транзистора VT1 поступают сигналы обратной связи от VT2 и сигналы от кремниевого стабилитрона VD1. Потенциометр R2 настраивают так, чтобы напряжение срабатывания стабилитрона VD1 составляло 51В. При меньших напряжениях стабилитрон закрыт, а следовательно, закрыт и транзистор VT1. От транзистора VT1 поступает сигнал на базу транзистора VT2, который открывается. Его открытие обеспечивает интенсивное питание обмотки возбуждения генератора G. Усиленное возбуждение вызывает повышение напряжения генератора и срабатывание стабилитрона VD1, соответственно открывается транзистор VT1, закрывая по цепи обратной связи транзистор VT2.

Питание обмотки возбуждения В осуществляется через VT1, диод VD2 и резистор, обладающий большим сопротивлением. Далее процесс повторяется. Питание на эмиттер транзистора VT1 подается через резистор R5. Этим обеспечивается обратная связь по току возбуждения, что необходимо для компенсации изменений регулируемого напряжения под влиянием нестабильностей частоты вращения якоря генератора G. Для ускорения переключений транзистора VT1 в цепь обратной связи от транзистора VT2 на базу VT1 введен ускоритель, состоящий из конденсатора С1 и резистора R6. Конденсатор заряжается при открытом VT1 и разряжается при его закрытии. При разряде конденсатора создается положительное смещение на базе VT1, что форсирует его закрытие. Для устранения коммутационных перенапряжений обмотку возбуждения при таком регулировании обычно шунтируют диодами.

Регулирующее воздействие рассмотренного бесконтактного регулятора близко к процессу регулирования напряжения электромеханическим вибрационным регулятором. Для той же цели бесконтактные регуляторы выполняют и по другим принципам без триггерных ячеек, но во всех вариантах регулирование имеет импульсный характер. Его качество тем выше, чем больше частота импульсов. Безинерционность полупроводниковых приборов допускает возможность высокочастотного и, следовательно, точного регулирования.

Дата добавления: 2015-07-12