Розанов Ю.К. Основы силовой электроники (1992) (1096750), страница 2
Текст из файла (страница 2)
ользования Одной из основных областей эффективного исполь силовой электроники стал электропривод. Для электропривода постоянного тока разработаны тиристорные агрегаты и комплектные устройства, успешно используемые в металлургии, станкостроении, на транспорте и других отраслях промышленности. . Освоение тиристоров обусловило значительный прогресс нного тока. в области регулируемого электропривода переменного б Созданы высокоэффективные устройства, преобразующие ток промышленной частоты в переменный ток,регулируемой частоты для управления скоростью электродвигателей.
Для различных областей техники разработано много типов преобразователей частоты со стабилизированными выходными параметрами. В частности„для индукционного нагрева металла созданы высокочастотные мощные тиристорные агрегаты, дающие большой технико-экономический эффект за счет увеличения ресурса их работы по сравнению с электромашинными агрегатами. На основе внедрения полупроводниковых преобразователей была проведена реконструкция электрических подстанций для подвижного электротранспорта.
Значительно улучшено качество некоторых технологических процессов в электрометаллургической и химической отраслях промышленности за счет внедрения выпрямительных агрегатов с глубоким регулированием выходного напряжения и тока. Достоинства полупроводниковых преобразователей определили их широкое применение в системах бесперебойного электроснабжения. Расширилась область применения силовых электронных устройств в сфере бытовой электроники (регуляторы напряжения и др,). С начала 80-х годов, благодаря интенсивному развитию электроники, начинается создание нового поколения изделий силовой электроники.
Базой для него явились разработка и освоение промышленностью новых типов силовых полупроводниковых приборов: запираемых тиристоров, биполярных транзистдров, МОП-транзисторов и др. Одновременно существенно повысились быстродействие полупроводниковых приборов, значения предельных параметров диодов и тиристоров, развйлись интегральные и гибридные технологии изготовления полупроводниковых приборов различных типов, начала широко внедряться микропроцессорная техника для управления и контроля преобразовательйыми устройствами.
Использование новой элементной базы позволило принципиально улучшить такие важнейшие технико-экономические показатели, как КПД, удельные значения массы и объема, надежность, качество выходных параметров и др. Определилась тенденция повышения частоты преобразования электроэнергии. В настоящее время разработаны миниатюрные вторичные источники питания малой и средней мощности с промежуточным преобразованием электроэнергии на частотах сверхзвукового диапазона. Освоение высокочастотного (свыше 1 мГц) диапазона привело к необходимости решения комплекса научно-технических проблем по конструированию преобразо- 7 йств и обеспечению их электромагнитнеи П ' й щепные частоты технико-экон и счет перехода на повыше ффе полностью компенсировал затраты на реш п омежуточным высокочаст отным звеном сохраняется.
стью управдяет отметить, что использование полно х пол и оводниковых приборов в траемых быстродействующих полупроводн х возможности диционных схем ущ ах с ест венно расширяет их во б, еле овательно, нов обеспечении новы ре х жимов работы и, д лий силовой электронной вых функциональных свойств юделии силово техники. ГЛАВА ПЕРВАЯ ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ 1.1. СИЛОВЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ Основными элементами силовой электроники являются йелинейные элементы, вольт-амперные характеристики которых приближаются к идеализированной характеристике элемента ключевого или релейного типа, изображенной на рис. 1.!.
Элементы с такими характеристиками имеют два явно выраженных состояния: включенное, соответствующее высокой проводимости, и выключенное, соответствующее низкой проводимости. В настоящее время функции ключевых элементов в силовой электронике выполняют полупроводниковые приборы различных типов. Эти приборы представляют собой сочетание полупроводящих слоев с различными типами электронной проводимости, Преимущественно для нужд силовой электроники разработаны силовые полупроводниковые приборы.
К ним относятся приборы с максимально допустимым средним или действующим током свыше 1О А или максимально допустимым импульсным током свыше 100 А. Силовые полупроводниковые приборы можно классифицировать по различным признакам: принципу действия, степени управляемости, назначению, применению и др.
По принципу действия силовые полупроводниковые приббры разделяют на к три основных вида: диоды, тиристоры, транзисторы. В свою очередь основные виды по- лупроводниковых приборов подраздела- вы лю ~ьн ются на группы, определяемые особенностями конструктивного и технологиче- и и ского исполнения, характером Фюн"ес ряс '1 ~ вольт-эмя э ких процессов и др. Например, среди хэрэктеряетяхэ ядеальнотиристоров можно выделить запираемые ю ключевого элемента 9 тиристоры, фототиристоры, симметричные и асимметричные тиристоры и др., а среди транзисторов — биполярные, МОП- транзисторы и др. Внутри каждой группы приборы могут классифицироваться по назначению (низкочастотные, высокочастотные, импульсные И др.).
В силовой электронике иногда классификацию производят по степени управляемости прибора, что удобно для выбора рациональных схем на основе того или иного прибора. Под признаком управляемости в таких случаях подразумевают возможность переводить прибор из проводящего состояния в, непроводящее и обратно посредством воздействия на него маломощным управляющим сигналом. По степени управляемости силовые управляемые приборы разделяют на следующие группы: 1) не подностью управляемые приборы, которые можно посредством управляющего импульса переводить только в проводящее состояние, но не наоборот, например широко распространенные тирисгоры; 2) полностью управляемые приборы, которые можно переводить в проводящее состояние и обратно посредством управляющего импульса (транзисторы или запираемые тиристоры). Силовые приборы разделяют также внутри отдельных групп по основным параметрам, например по напряжению или току, а также по другим характерным признакам.
1ЛЛ. СИЛОВЫВ ДИОДЫ Рко. 1.2. Вольт-аиперная характерлетлка полупроаолплкоаого клопа 1О г Принцип действия полупроводникового диода основан на использовании свойств р-и электронно-дырочного перехода, возникающего в полупроводниковой пластине между двумя слоями с различными типами электрической проводимости. На рис. 1.2 изображена вольт-амперная характеристика р-и перехода. В ней можно выделить 2 две ветви: прямую (А) и обратную (Б). Прямая ветвь характеризуется о-л л-<э ~П л малыми значениями прямого напряжения на р-и переходе, а обратная — малыми значениями тока Ляеб латал (называемого обратным), обуслов- ленного неосновными носителями б о заряда. Однако если обратное напряжение, приложенное к р-и переходу, превысит определенное значение, то возникнет электрический 1 пробой р-и перехода, характеризующийся резким возрастанием обратного тока при незначительном изменении обратного напряжения.
В силовых диодах пробой обычно обусловлен ударной ионизацией атомов кристалла свободными носителями заряда и называется лавинным. Возникновение лавинного пробоя приводит к выходу диода из строя (из-за резкого повышения выделяемой при этом мощности), если при его изготовлении не предусмотрены спе- ' циальные технологические мероприятия, которые позволяют ограничить выделяемую мощность при протекании обратного тока. Диоды, рассчитанные на работу в условиях кратковременных обратных перенапряжений с наступлением лавинного пробоя, называются лавинными или с лавинной характеристикой. Такие диоды используются также в качестве стабилитронов, т. е.
приборов, на которых при пробое сохраняется практически постоянное напряжение, несмотря на резкое возрастание обратного тока. При приложении прямого напряжения вольт-амперная характеристика лавинного диода такая же, как и у обычного диода (ветвь А на рис. 1.2). Основными параметрами, характеризующими возможности диодов, явл)гются предельно допустимые значения повторяющегося импульсного обратного напряжения и максимального среднего прямого тока (усредненного по всему периоду для периодических токов). Кроме предельных параметров, важными параметрами являются: прямое напряжение (напряжение на выводах диода, обусловленное прямым током); обратный ток (ток через диод при приложении обратного напряжеция); время ' обратного восстановления (параметр, характеризующий время восстановления блокирующих свойств диода).
Указанные параметры обычно приводятся в техническом паспорте на прибор, а более подробная информация о параметрах, характеристиках и эксплуатационных свойствах — в технических условиях на прибор. При выборе диода по условиям предельно допустимого тока следует учитывать эффективность охладителя, совместно с которым используетеяг диод.- Иначе говоря, предельное значение тока рассчитывается из условий охлаждения прибора для каждого конкретного типа охладителя. Силовые диоды имеют различное конструктивное исполнение (штыревое, таблеточное и др.), которое в свою очередь определяет конструкцию охладителя. Согласно [1], основные сведения о конструктивном исполнении и параметрах диода содержатся в его обозначении.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
