Попов И.И. Основы энергетической электроники - файл n1.doc

приобрести
Попов И.И. Основы энергетической электроники
скачать (2749.2 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc21194kb.07.04.2004 23:33скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   30

2.8. Процессы при переключениях.


При переходе от проводящего состояния вентиля к запертому или обратно возрастание или снижение количества носителей заряда в слоях кремниевой шайбы, образующих структуру вентиля, происходит не скачкообразно. По­этому полупроводниковые вентили обладают некоторой инерционностью.

При быстром включении диода (скорость нарастания тока более 1 А/мкс) возникает увеличенное прямое падение напряжения (10 В и более), которое за­тем снижается в течение времени включения (обычно менее 1 мкс). Это время существенно для быстродействующих диодов, например, используемых для шунтирования цепи нагрузки или управляемых вентилей ("нулевые" или об­ратные диоды).

При быстром переключении диода из проводящего состояния в запертое че­рез него протекает значительный обратный ток, длительность импульса это­го тока определяет время выключения диода (или время восстановления за­пирающих свойств), которое для обычных диодов, работающих при частоте сети, обычно не превышает 10 мкс, а для быстро включающихся диодов - 1 мкс. Амплитуда этого тока, обусловленного эффектом накопления носителей за­ряда, может превосходить прямой анодный ток. Этот ток тем больше, чем выше скорость спада прямого тока. Накопленный заряд и, соответственно, время выключения диода также растут с увеличением скорости спада прямо­го тока. Названные факторы влияют на параметры устройств защиты венти­лей от импульсных периодических перенапряжении (RC-цепочки), обусловленных быстрыми изменениями обратного тока во время запирания и наличием индуктивностей в цепи вентиля.

Изменение тока и напряжения на вентиле при его включении показаны на рис. 2.11. Из рис. 2.11 (б) и (в) следуют определения времени задержки, времени спада напряжения и времени включения.

Для быстрого включения необходимы импульсы управляющего тока боль­шой амплитуды (2-3 IGT, где IGT - ток включения) и с крутым передним фрон­том. Такие импульсы управления особенно необходимы при высокой частоте переключении для снижения потерь мощности в вентиле при включении и при последовательном или параллельном соединении вентилей для уменьшения обусловленной разбросом параметров неравномерности распределения между ними, соответственно, напряжения или тока при включении. Скорость нарас­тания прямого тока при включении зависит от параметров нагрузки. При низкой скорости нарастания (большая индуктивность в цепи нагрузки) необ­ходимо позаботиться, чтобы к моменту окончания импульсов управления анодный ток достиг значения тока удержания, так как в противном случае после окончания управляющего импульса вентиль вернется в запертое со­стояние. При активной или емкостной нагрузке скорость нарастания тока ве­лика и возникает опасность превышения предельно допустимой скорости нарастания тока и выхода вентиля из строя. В этом случае последовательно с вентилем включается линейный или насыщающийся дроссель, который дол­жен снизить скорость нарастания тока или задержать скачок тока, чтобы вся поверхность кремниевой шайбы перешла во включенное состояние к момен­ту, когда ток станет значительным.

Д
ля предотвращения самопроизвольного (то есть без подачи управляющего импульса) включения вентиля из-за крутого нарастания прямого напряжения необходимо, чтобы скорость нарастания напряжения не превышала критиче­ского значения. Для симистора индуктивность цепи нагрузки не должна быть слишком большой, чтобы не была превышена критическая скорость нараста­ния коммутируемого напряжения непосредственно после изменения его по­лярности.

Рис. 2.11. Кривые прямого тока (а), напряжения (б) и импульса управляющего тока (в) при включении тиристора или симистора:

diT/dt – скорость нарастания прямого тока; UDM прямое блокируемое напряжение перед включением; IFGM амплитуда импульса тока управления; tИ – дли­тельность импульса управления; td – время задержки; tr – время спада напря­жения; tgt – время включения


2.9. Процессы при выключении тиристоров.


Выключение тиристоров (кроме запираемых или, иначе, двухоперационных) осуществляется, как правило, путем приложения обратного напряжения сети (сетевая или естественная коммутация) или за счет специальных коммути­рующих устройств (принудительная коммутация). При приложении обратного напряжения происходит, как и у диодов, процесс рассасывания избыточных зарядов, что приводит к протеканию через прибор импульсов обратного тока с большой амплитудой и к необходимости включения защитных RC-цепочек. От момента спада к нулю прямого тока до момента подачи вновь прямого напряжения к вентилю должно быть приложено обратное напряже­ние в течение времени, равного времени выключения или превышающего его, в течение которого вентиль восстанавливает способность выдерживать пря­мое анодное напряжение без включения. Следовательно, коммутирующее устройство должно обеспечивать действие на вентиле обратного напряжения в течение времени (называемого иногда схемным временем выключения или восстановления запирающих свойств), как минимум равного времени выклю­чения (рис. 2.12).



Рис. 2.12.Кривые тока (а) и напряжения (б) при выключении тиристора приложением обратного напряжения:

tr r - время рассасывания накопленного заряда; tq - время выключения; th - время, предоставляемое для выключения (схемное время выключения); t1 - момент повторного включения; ITM - прямой ток перед выключением; diT/dt - скорость спада прямого тока; UR - обратное напряже­ние после переключения; dUd/dt - cкopocть нарастания восстанавливающегося прямого напряжения; UD - установившееся значение прямого напряжения


Выключение симисторов за счет изменения полярности приложенного к главным электродам напряжения также связано с процессом рассасывания избыточных носителей и протеканием через выключающуюся часть структу­ры обратного тока, в связи с чем встречно-параллельно включенная тиристорная структура из-за большой скорости нарастания на ней прямого на­пряжения может быть самопроизвольно включена. Поэтому и для симисторов необходима защитная RC-цепочка.

Лекция 3: Силовые преобразователи электроэнергии




3.1 Общие сведения.


Выпрямитель – устройство, предназначенное для преобразования энергии переменного тока в энергию постоянного тока. Основными элементами выпрямителя являются трансформатор и вентили, с помощью которых обеспечивается протекание тока в цепи нагрузки, в результате чего переменное напряжение преобразуется в пульсирующее выпрямленное. Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения на выходе выпрямителя подключают сглаживающие устройства, а также для регулирования или стабилизации выпрямленного напряжения и тока потребителя иногда подключают регулятор или стабилизатор (стабилизатор может быть включен в цепи переменного тока).

Теория выпрямительных устройств в основном сводится к определению расчетных соотношений, позволяющих по заданному режиму работы потребителя определить электрические параметры элементов стабилизатора, регулятора, сглаживающих устройств (фильтров), вентилей и трансформаторов выпрямителя, а затем выбрать или рассчитать их.

В режиме выпрямителя, характеризующемся отдачей активной мощности в цепь нагрузки, напряжение вторичной обмотки трансформатора и анодный ток вентилей имеют одинаковое направление (соответствует работе сети переменного тока в качестве генератора), а напряжение и ток нагрузки противоположны по направлению (соответствует работе сети постоянного тока в качестве потребителя энергии).

В зависимости от числа фаз напряжения питания различают однофазные и трехфазные выпрямители. Независимо от мощности все выпрямители подразделяют на однотактные (однополупериодные) и двухтактные (двухполупериодные).

К однотактным относятся выпрямители, у которых по вторичным обмоткам трансформатора ток проходит в одном направлении за полный период (полупериод или его часть).

Отношение частоты пульсаций выпрямленного напряжения к частоте сети в однотактных выпрямителях равно числу фаз вторичной обмотки трансформатора.

К двухтактным относятся выпрямители, у которых в каждой фазе вторичной обмотки трансформатора ток проходит дважды за период в противоположных направлениях. Двухтактные выпрямители называют также мостовыми, в которых ток во вторичной цепи всегда проходит последовательно по двум тиристорам.

Выпрямители подразделяют на простые и составные. В составных несколько простых выпрямителей соединяются последовательно или параллельно.

Выпрямители могут быть построены на управляемых (тиристоры, симисторы) и неуправляемых (диоды) вентилях. Выходные параметры выпрямителя, диапазон регулирования, условия работы вентилей, трансформатора зависят от характера реакции нагрузки, определяемого типом нагрузки или первым элементом фильтра. Различают следующие режимы работы выпрямителя:

Основными характеристиками, определяющими эксплуатационные свойства выпрямителей, являются:
1. средние значения выпрямленных напряжения Ud и тока Id;

2. внешняя характеристика – зависимость напряжения на выходе от тока нагрузки: Ud = f(Id);

3. регулировочная характеристика – зависимость выпрямленного напряжения от угла управления : Ud= f();

4. коэффициент полезного действия ;

5. коэффициент мощности ;

6. коэффициент пульсаций – отношение напряжения пульсаций к среднему значению идеально выпрямленного напряжения (тока): q = Uq/Udi0.

В дальнейшем рассматривается работа управляемых выпрямителей, а работа выпрямителей на диодах представлена как частный случай при = 0.

Для упрощения изложения материала выпрямитель принимается как «идеальный», т.е. напряжение на его выходе при холостом ходе рассматривается без учета каких-либо падений напряжений на элементах схемы. Соответствующие падения напряжения учитываются при построении нагрузочных характеристик.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   30


2.8. Процессы при переключениях
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации