Розанов Ю.К. Основы силовой электроники (1992) (1096750), страница 6
Текст из файла (страница 6)
(рис. 1.11). Параметры коммутируемых токов и напряжений современными ЗТ приближаются к аналогичным параметрам тиристоров. Так, например, лучшие образцы ЗТ, разработанные в 1986 г. фирмами Японии, рассчитаны на напряжение до 4500 В и ток до 2500 А. 1.1.4. ПРИМЕНЕНИЕ СИЛОВк'Х ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ Тиристоры н силовые диоды пока остаются основными приборами в области преобразования сверхвысоких мощностеи (до нескольких гигавольт-ампер), например, в высоковольтных линиях электропередачи постоянного тока. Новые приборы находят пшрокое применение в агрегатах бесперебойного 25 коо аоо тоо зо то ао ло тоо гоо аоо тало аооо лоно т л У Рис.
1.12. Характерные предельные параметры силовых полупроводниковых приборов: 1 — тнристорм; 2 — запираемые птристоры; з — бнполарнме транзисторы; а — 'транзисторы с изолированным запюром; у — МОП-транзисторы питания, электропривода, вторичных источниках питания, силовых электронных аппаратах и др. На рис. 1.12 приведены области характерных параметров основных типов новых силовых полупроводниковых приборов, выпускаемых в настоящее время.
Среди новых приборов— мощные МОП-транзисторы, запираемые тиристоры, транзисторы с изолированным затвором 151. Эти транзисторы применяются в большинстве типов преобразователей средней мощности, применяемых в качестве источников питания силовых электронных регуляторов для электропривода. Биполярные транзисторы с напряжением до 500 В и током до 50 А остаются пока наиболее применяемыми в силовых схемах.
Во вторичных источниках питания малой и средней мощности и высокой частотой преобразования (свыше 20 кГц) успешно используются МОП-транзисторы. Использование МОП-транзисторов позволяет также значительно повысить КПД преобразователей и упростить их системы управления. Применение МОП-транздсторов в высокочастотных устройствах индукционного нагрева позволило также повысить их КПД более чем в 1,5 раза по сравнению с ламповыми генераторами. 26 Освоение биполярных транзисторов с изолированным затвором, сочетающих достоинства МОП-транзисторов и биполярных, расширило возможности улучшения технико-экономических показателей преобразователей средней мощности, содержащих звенья повышенной частоты.
Интенсивно внедряются в преобразовательную технику средних мощностей запираемые тиристоры. Сочетание высоких коммутируемых напряжений (свыше 1400 В) и больших токов определяет их преимущество перед биполярными транзисторами. Внедрение этих типов приборов позволяет упростить управление ключевыми режимами приборбв в схемах автономных инверторов, импульсных регуляторов й др, Однако при напряжении ниже 1000 В предпочтительнее использовать биполярные транзисторы, имеющие еще более простое управление. Одним Из эффективных путей улучшения технико-экономических показателей преобразователей является конструктивно- технологическая интеграция элементов и, в частности, полупроводниковых приборов. Гибридные интегральные схемы, состоящие из соединенных определенным образом приборов (диодов„ тиристоров, транзисторов и др.), смонтированных, как правило, в едином пластмассовом корпусе, называются силовыми полупроводниковыми модулями.
Схемы соединений элементов в модулях обычно соответ-' ствуют типовым схемам преобразования (например, однофазный или трехфазный мост) или их составным частям (например,. последовательно нли параллельно соединенные элементы). На рис. 1.13, а — г представлены примеры типовых принципиалы(ых схем диодных, тиристорных, диодно-тиристорных модулей яз модулей на запираемых тиристорах [61 Появление новых силовых приборов значительно расширило номенклатуру модулей и области их использования. В силовых транзисторных модулях наиболее широко используется соединение биполярных транзисторов по схеме Дарлингтона. На рис. 1.14 представлен пример интегральной однокаскадной схемы Дарлингтона со встречно-включенным диодом, включенным параллельно основному силовому транзистору.
При соединении транзисторов по схеме Дарлингтона быстродействие переключения модуля уменьшается и растет значение напряжения насыщения. Коэффициент усиления в зависимости от числа каскадов возрастает на 2 — 3 порядка по сравнению с одним биполярным транзистором, Серийные транзисторные модули обычно изготавливаются по планарной технологии. Рядом зарубежных фирм выпускаются транзисторные силовые модули с большим числом параллельно соединенных транзисторных структур. При этом, благодаря -достижениям 27 а) р, 1 13 Примеры новых принципиальных схем лиодных (а), тиристорных ' (б), днодно-тирнсторных (в) модулей и модулей на запираемых тнристорах (г) 28 в области обеспечения идентичности, параметров, выравнивающие сопротивления часто исключаются. Корпуса силовых полупроводниковых модулей, как правило, представляют собой прямоугольную конструкцию из пластмассы с плоским металлическим основанием. В качестве изоляционного материала между полупроводниками и металлическим ос- схадный модуль по схеме Дарлингнованием используются различные керамические материалы с хорошей тепло проводимостью и высоким электрическим сопротивлением.
«Разумные» мощные приборы †нов вид интегральных модулей, включающих в себя кроме силовых элементов схемы управления, загциты, контроля, диагностики и др. Их технология основывается на монолитной интеграции силовых и слаботочных структур. Наиболее характерна интеграция биполярных и полевых транзисторов с напряжением до (000 В н токами до десятков ампер н управляющих низковольтных аналоговых и цифровых логических компонентов, изготовленных г)о КМОП-технологии.
Функционально «разумные» интегральные схемы являются связующим звеном между логической схемой внешнего управления и потребителем. «Разумные» мощные приборы являются идеальными с точки зрения удовлетворения требований по объединению функций управления и заг)киты в одном приборе (71. В перспективе они могут получить самое широкое распространение в силовой электронике и заменить многие типы аппаратов: реле, выключатели, регуляторы и др. Следует также отметить большие возможности изменения функциональных свойств «разумных» приборов по желанию потребителей на основе единой технологии. 1.2.
ТРАНСФОРМАТОРЫ И РЕАКТОРЫ Трансформаторы в силовой электронике широко используются для изменения уровней переменного напряжения, а также для обеспечения гальванической развязки отдельных цепей. Основттой особенностью использования трансформаторов в силовой электронике является то, что во многих типах преобразователей напряжения и токи в обмотках трансформаторов имеют несинусоидальную форму. Не менее широко в силовой электронике используются различного рода реакторы (дроссели), которые представляют собой устройства различной 29 "~а г с) и) г гг Г га егг хза 1 га Рнс. 1.15. Магнитная система (а) и схема замешения (б) олнофазного трансформатора конструкции, выполнены в виде индуктивных катушек со сталью нли без нее.
Для переменного тока такие устройства обладают преимущественно индуктивным сопротивлением. Наиболее часто реакторы используются в качестве составных элементов фильтров постоянного н переменного тока. При этом на них выделяются отфильтрованные высокочастотные составляющие переменного напряжения несинусоидальной формы. Кроме того, они используются в цепях с импульсными напряжениями и токами в качестве составных элементов колебательных ЬС-контуров или элементов, ограничивающих скорость изменения импульсных токов в схеме. В зависимости от схемы преобразователя, режима его работы и мощности различные параметры трансформаторов оказывают значительное влияние на электромагнитные процессы, протекающие в отдельных цепях схемы. Поэтому рассмотрим несколько подробнее параметры, характеризующие работу трансформатора.
На рис. 1.15,а изображена магнитная система однофазного двухобмоточного трансформатора, первичная ю, и вторичная из обмотки сцеплены между собой общим магнитным потоком Фо, замыкающимся преимущественно по магнитопроводу. Так 30 как пространственное расположение первичной и вторичной обмоток обычно различно„а магнитная проводимость магнитопроводов реальных трансформаторов имеет ограниченное значение, помимо общего магнитного потока в каждой обмотке возникнет дополнительный поток, который будет сцеплен только со своей обмоткой. Такой поток называется потоком рассеяния Ф,. Потоки рассеяния тем меньше, чем равномернее вдоль сердечника и ближе друг к другу расположены обмотки, а также чем выше магнитная проницаемость стали. По сравнению с общим потоком Фо потоки рассеяния Ф„и Ф, во много раз меньше, При составлении эквивалентной схемы трансформатора потоки рассеяния обмоток учитываются в виде индуктивностей рассеяния Т,„и х'„з (рис.
1.15, б). Помимо индуктивнг)отей рассеяния в эквивалентную схему входят активные сопротивления обмоток г, и гм а индуктивность Т,о учитывает ток намагничивания Хо, необходимый для создания потока Фо. Сопротивление го учитывает потери в магнитопроводе на гистерезис и вихревые токи, Параметры элементов эквивалентной схемы определяются обычно из опытов холостого хода и короткого замыкания трансформатора. Удельные энергетические показатели преобразователей в значительной мере определяются габаритными размерами и массой электромагнитных элементов, в частности трансформаторов. Поэтому при их проектировании важно точно сформулировать исходные данные: значения н формы токов и напряжений, частоты, превышение температуры относительно окружающей среды и дзз.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
