1. Классификация силовых электронных устройств. Основные определения

1. Классификация силовых электронных устройств. Основные определения

Классификация:

1.Выпрямители(рис. а) – преобразователи переменного напряжения в постоянное

2.Инверторы(рис. б) – преобразователи постоянного напряжения в переменное.

3.Преобразователи частоты(рис. в) – преобразователи переменного напряжения одной частоты в переменное напряжение другой частоты.

4.Преобразователь числа фаз(рис. г) – преобразователь переменного напряжения с одним количеством фаз в переменное напряжение с другим количеством фаз.

5.Регуляторы постоянного напряжения(трансформаторы)(рис. д) – статистические преобразователи, преобразующие постоянного напряжения одного значения в постоянного напряжение другого значения.

6. Регулятор переменного напряжения(рис. е) – статистический преобразователь, преобразующий переменное напряжения одного значения в постоянное напряжение другого значения.

Принцип работы любого статистического преобразователя основан на периодическом включении и выключении электронных ключей(вентилей) в определенной последовательности

2. Основные виды силовых электронных ключе

Электронным ключом называется устройство для замыкания и размыкания силовой электрической цепи, содержащее хотя бы один управляемый вентиль. Вентиль – электронный прибор, проводящий ток в одном направлении.

Т.к. принцип работы любого преобразователя основан на периодическом вкл(отключ) электронных вентилей, то в качестве вентиля может использоваться любой электрический прибор, работающий в ключевом режиме. При работе в ключевом режиме (вкл\откл) на нем выделяется минимальная мощность, что обеспечивает высокое КПД. Если ключ идеальный то (R=0 à U=iR=0àP=iUà0)

Примеры ключей:

1) Диод –полупроводниковый прибор, обладающий различной проводимостью в зависимости от направления тока, зависящий от полярности приложенного напряжения

2) Симистр – полупроводниковый прибор, который может проводить ток в обе стороны, т.е. симистр – не что иное, как два тиристора, включенных антипараллельно.

3) Биполярный транзистор – полупроводниковый прибор, работа которого основана на переносе зарядов. Различают n-p-n и p-n-p транзисторы.

4) Полевой транзистор – полупроводниковый прибор, через который протекает потом основных носителей зарядов, регулируемый поперечным электрическим полем, которое создается напряжением, приложенным к одному из электродов такого прибора, называемым затвором

.

3. Схемы управления(драйверы) силовыми электронными ключами

4. Область безопасной работы(ОБР) силовых электронных ключей

Все полупроводниковые приборы характеризуются набором статистических предельно допустимых и динамических параметров

К статистическим параметрам относятся:

1) Падение напряжения на приборе в открытом состоянии

2) Среднее значение прямого тока

3) Значение обратного тока, при некотором значении обратного напряжения

4) Рассеиваемая мощность

В качестве предельно допустимых параметров выступают:

1) Max прямой ток

2) Max обратное напряжение

3) Импульсное обратное напряжение

4) Прямой импульсный ток с оговоренной длительностью импульса

Предельно допустимые режимы работы транзисторы определяются max допустимыми:

1) Напряжениями и токами

2) Max рассеиваемой мощностью

3) Допустимой температурой корпуса прибора

При выходе хотя бы одного из параметров из заданных пределов приводит к развитию одного из видов пробоя:

1) По напряжению – лавинного

2) По току – токового или теплового

3) По мощности – достижение max температуры перехода

Пробои делятся на первичные и вторичные. Первичные отличаются тем, что они являются обратимым, т.е. при выходе из данного режима прибор восстанавливает свою работоспособность. Вторичные характеризуются тем, что происходит разрушение прибора.

Границы области безопасной работы транзистора зависят от температуры корпуса. С увеличением корпуса граница ОБР обусловлена тепловым пробоем, перемещающего влево.

а – длительно допустимые пределы работы; б – предельно допустимые импульсные режимы работы; зона 1 – токовый пробой; зона 2 – тепловой пробой; зона 3 – вторичный пробой; зона 4 – лавинный пробой.

5. Защита силовых электронных ключей формированием траектории переключения

Учитывая физические свойства полупроводниковых приборов при их работе происходит рассеивание тепла на кристаллах. В открытом состоянии на коллектор-эмиттерном переходе формируется напряжение насыщения.

Для полевых транзисторов указывается сопротивление рабочего канала транзистора для режима насыщения при заданном токе транзистора. Для определения разниц температур, если известно тепловое сопротивление и мощность теплового потока, применяется закон Ома.

Любой физический объект обладает массой и удельной теплоемкостью и зная эти параметры можно определить теплоемкость объекта. Зная теплоемкость объекта и тепловой поток можно определить как будет изменяться теплоемкость объекта во времени

, при P=const

Чем больше теплоемкость объекта, тем дольше он будет нагреваться.

6. Особенности работы трансформаторов и реакторов на повышенных частотах

Трансформаторы делятся на 2 группы: силовые и импульсные

Силовые предназначены для преобразования электрической энергии. Импульсные для передачи сигнала.

Одним из таких трансформаторов является сердечник. Он может быть изготовлен из трансформаторного железа (работающего на частоте до 200Гц), из пермаллоя (до 1кГц)

Работа трансформатора основывается на перемагничивании сердечника под действием магнитного потока

;

Ф=B*S

При работе трансформатора происходит перемагничивание, в соответствии с кривой перемагничивания

Чем уже петля гистерезиса, тем меньше потерь происходит. Потери расходуются на перемагничивание и на вихревые токи. С увеличением частоты увеличиваются потери на вихревые токи и перемагничивания. Потери на вихревые токи растут быстрее, чем на перемагничивание.

Разновидностью трансформатора является дроссель. Его основной параметр – индуктивность. Если он стоит в цепи переменного тока, то его называют реактором. В цепях переменного тока они служат для ограничения скорости наростания тока кз, в качестве фильтра.

Различают 2 конструкции дросселя: с железным сердечником и без него.

Железный сердечник может быть замкнутый и разомкнутый. Дроссели без сердечника имеют индуктивность, не зависящуюся от тока. С сердечником индуктивность зависит от тока в меньше или большей степени. Дроссель с сердечником по габаритам меньшем, чем без сердечника. При отсутствии сердечника имеет место большое магнитное поле. При наличие сердечника поле ограничено сердечником.

Если трансформатор импульсный используется для управления мощными транзисторами, то необходимо учитывать изменения параметров транзистора, при работе на высоких частотах.

Если трансформатор используется в цепях включения транзисторов (база-эмит цепь), то необходимо учитывать уменьшение тока базы транзистора в момент выключения транзистора при увеличении частоты.
; Кз=(2,5—4)

Дата добавления: 2015-11-04