Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?


Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






Основные области применения ключевых приборов





 

Несмотря на то, что представленные основные классы мощных ключевых приборов далеки от идеального совершенства, на сегодня можно констатировать факт, что не существует принципиальных ограничений для разработки высокоэффективных силовых устройств постоянного и переменного тока в самом широком диапазоне мощностей (от единиц ватт до десятков мегаватт). Такие устройства внедряются практически во все отрасли современной жизни (рис. 4.1).

Мощные полевые транзисторы и биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT), обладая лучшими характеристиками с точки зрения малых коммутационных потерь, высоких скоростей переключения и стойкости к режимам перегрузки, практически вытеснили силовые биполярные транзисторы из традиционных областей их применения [2,5].

Рис. 4.1

Отдельные серии биполярных транзисторов модернизированных технологий занимают узкую нишу применения в импульсных источниках электропитания с относительно низкой рабочей частотой 20...60 кГц, определяемой технологическими особенностями нагрузки (например, системы электронных балластов флюоресцентных ламп (рис. 4.2).

В импульсных источниках питания и регуляторах постоянного напряжения с частотой преобразования 75...200 кГц и выходной мощностью от десятков и сотен ватт до единиц киловатт самое широкое применение находят в основном мощные МДП-транзисторы и дискретные типы высокочастотных IGBT (рис. 4.3).

Рис. 4.2

Рис. 4.3

Из главных задач улучшения энергетических показателей ключевых источников электропитания выделяют следующие:

1. Уменьшение габаритных размеров и массы радиаторов силовых ключей за счет повышения КПД схемы.

2. Уменьшение массо-габаритных характеристик реактивных элементов преобразователя за счет увеличения частоты преобразования.

3. Исключение из схем низкочастотных трансформаторов.

Однако увеличение рабочей частоты преобразователя при форме выходного тока и напряжения, близкой к прямоугольной, приводит к росту динамических потерь в ключах из-за рассеивания дополнительной энергии в паразитных индуктивностях и емкостях силовой схемы. Другим существенным недостатком импульсных схем является высокий уровень помех при линейной коммутации ключей. Поэтому все большее применение находят схемы электропитания, построенные на основе резонансных преобразователей.

В данных устройствах паразитные элементы являются частью резонансного LC-контура, а силовые ключи коммутируются либо при нулевом токе, либо при нулевом напряжении, что уменьшает динамические потери и электрические перегрузки элементов преобразователя.

Регулирование выходного напряжения в резонансных схемах осуществляется изменением частоты. Наибольшее распространение получили схемы с последовательным LC-контуром, обеспечивающие ограничение тока и возможность параллельной работы на общую нагрузку (рис. 4.4).

а б

Рис. 4.4

Значение выходного напряжения представленного преобразователя определяется частотой переключения транзисторов и добротностью контура. Работа на частотах ниже резонансной дает возможность коммутировать ключи схемы при нулевом токе, а при частотах выше резонансной — при нулевом напряжении. Данная коммутация является основным достоинством резонансных схем. Однако следует учитывать тот факт, что амплитудные и действующие значения токов и напряжений на силовых ключах при этом больше, в сравнении с обычными преобразователями, что увеличивает общие потери в схеме.

При выборе ключевых приборов в системах управления электродвигателями требования высоких скоростей переключения не являются доминирующими. Особенностями нагрузки в данных силовых схемах являются следующие факторы:

1. Индуктивный характер.

2. Наличие противонаправленной ЭДС вращения.

3. Кратковременные, но многократные перегрузки по току.

4. Близость пусковых режимов к режиму короткого замыкания.

Высокочастотные полевые транзисторы находят применение в данной области, как правило, для управления электродвигателями постоянного тока, работающими от источников постоянного напряжения (рис. 4.5). Одним из наиболее распространенных вариантов применения здесь является автомобильная электроника, ориентированная на работу от постоянного напряжения 12 В, обеспечиваемого аккумуляторной батареей. Эффективно используются высокочастотные МДП-транзисторы также в схемах управления шаговыми двигателями и безщеточными двигателями постоянного тока.

В системах питания двигателей постоянного тока от сети переменного тока, использующих фазовый способ регулирования, по-прежнему эффективны в применении однооперационные тиристоры и симисторы (триаки). В бытовых приборах и переносных электроинструментах с двигателями постоянного тока мощностью в доли киловатт данные ключи применяются как вследствие их дешевизны, так и простоты систем управления (рис. 4.6).

Метод фазового управления не позволяет плавно регулировать частоту выходного напряжения и получать ее выше частоты питающей сети. Поэтому все большее применение находят асинхронные электродвигатели переменного тока, работа которых строится на базе силовых инверторов напряжения с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) (рис. 4.7).

Применение ШИМ обеспечивает оптимальное управление скоростью вращения асинхронного двигателя путем изменения частоты выходных сигналов в широких пределах. Асинхронные двигатели более экономичны и долговечны, требуют меньших эксплуатационных затрат и более надежны по сравнению с электродвигателями постоянного тока. Однако стоимость системы управления асинхронным двигателем может оказаться существенной и даже больше стоимости самого электродвигателя.

Рис. 4.5 Рис. 4.6

Рис. 4.7

Очевидно, что в данных системах возможно применение только полностью управляемых полупроводниковых ключей, сложность управления которыми определяет конечную стоимость оборудования. Для применения в промышленных электроприводах, питаемых от сети переменного тока (однофазной 220 В и трехфазной 380 В), рекомендуется применение ключевых приборов на токи от единиц до сотен ампер с частотой переключения от долей герца до десятков килогерц. Особое требование к обеспечению защиты от перенапряжений, коротких замыканий в нагрузке и сквозных токов. Силовые модули на базе IGBT, а также полевые тиристоры МСТ вытеснили в данном применении не только модули биполярных транзисторов, но даже и запираемые тиристоры (GTO).

Запираемые тиристоры и их модернизированный вариант GCT, обеспечивающий коммутирующий ток в цепь электрода управления, а также биполярный транзистор с изолированным затвором и улучщенной инжекцией IEGT находят основное применение в энергетических установках высоковольтных линий передачи постоянного тока, сверхмощных электроприводах и системах электрифицированного транспорта, в силовых инверторах для различных технологических установок (сварка, индукционный нагрев и т.п.), где требуется преобразование мощности в сотни киловатт и единицы мегаватт. Главными требованиями к силовым ключам здесь являются: низкое прямое падение напряжения при значительных плотностях выходного тока, широкая область безопасной работы, высокая надежность.

Практическое внедрение индукционных тиристоров, несмотря на их перспективность и более высокие в сравнении с другими тиристорами динамические показатели, оказалось затруднительным главным образом из-за сложности управления и высокой себестоимости.

Перечисленные варианты применения мощных ключей не исчерпывают всего многообразия современных силовых схем и устройств. Отметим наиболее общие критерии, которые используют при выборе типа активного компонента для любого силового устройства:

1. Достаточные для получения требуемой мощности преобразования номинальные токи и напряжения.

2. Прямое падение напряжения в открытом состоянии.

3. Значения усилительных параметров, обеспечивающих эффективность

ключевых свойств, и их вариация в заданном режиме нагрузки.

4. Времена переключения.

5. Энергия потерь и температура структуры.

Далее будет рассмотрено применение полупроводниковых ключей в типовых вариантах силовых схем, учитывая особенности самого прибора, влияние характера нагрузки, структуры схемы и режима ее работы. Выбор схемы преобразовательного устройства наиболее тесно связан с динамическими и временными параметрами ключа и часто ими определяется.

Данные параметры, характеризующие собственно ключ, не искаженные влиянием цепи нагрузки, наиболее объективно можно оценить в режиме переключения на резистивную нагрузку или в близком к нему режиме, учитывающем влияние только малых или паразитных элементов схемы. На практике данный режим встречается при работе ключей в импульсных генераторах и модуляторах, а также прерывателях постоянного тока. Точные расчеты переходных процессов и статического режима ключа возможны только на ЭВМ при использовании математических моделей реальных приборов. Ниже излагаются основы приближенного аналитического расчета транзисторных и тиристорных (ключей, которые, однако, помогают понять основные проблемы, с которыми сталкиваются разработчики силовых схем, использующие данные приборы.

 

Date: 2015-05-09; view: 1332; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА...



mydocx.ru - 2015-2024 year. (0.005 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию