GTO- и GCT-ключи в силовых инверторах с двигательной нагрузкой

Токовая перегрузочная способность GTO намного превосходит аналогичные параметры других приборов [5]. Однако включение на противофазный диод в режиме индуктивной нагрузки может увеличивать di/dt до значений в несколько сотен ампер на микросекунду, при которых начинают резко возрастать энергетические потери и ухудшаться динамические и частотные свойства тиристора (рис. 4.91).

Рис. 4.91

Таким образом, и в данном случае необходимо использовать индуктивное ограничение при включении.

Нежелательным свойством GTO в состоянии проводимости является относительно большой ток удержания (I_HOLD = 0.1...0.8A). Поэтому применение GTO в режимах двигательной нагрузки с широким изменением анодного тока должно сопровождаться постоянным положительным управляющим током, несколько превышающим статический отпирающий ток. В противном случае это может приводить к неравномерности повторного включения ячеек структуры, их перегрузке и невозможности дальнейшего прерывания тока. Важнейшая задача при использовании GTO — защита тиристора от перенапряжения. В инверторах с большим значением анодного тока энергия, запасаемая в паразитных и ограничивающих анодных индуктивностях, резко увеличивается:

Сброс данной энергии при выключении GTO и ограниченное значение коэффициента запирания может явиться причиной значительных перенапряжений, и даже разрушения структуры ключа. Во избежание этого параллельно тиристору включают защитные цепи, которые выполняют следующие задачи:

1. Ограничение скорости нарастания напряжения и всплесков перенапряжений.

2. Ускорение процесса спада анодного тока.

3. Разнесение во времени процессов спада тока и нарастания напряжения на GTO (рис. 4.92).

Рис. 4.92

Применение обычных RСD-цепей в преобразователе с широким изменением тока нагрузки приводит к нестабильности времени заряда демпфирующего конденсатора и ухудшает характеристики схемы. Одним из способов решения указанной проблемы является применение специальных снабберов, например, с инерционными диодами (рис. 4.93).

При этом оказывается возможным применение более простых и экономичных схем ограничения перенапряжений (рис. 4.94).

а б

Рис. 4.93 Рис. 4.94

В качестве примера применения мощных GTO в системах управления асинхронными двигателями на рис. 4.95 представлена схема многоступенчатого инвертора и алгоритм переключения его силовых вентилей. Данный преобразователь находит широкое применение в электротранспорте, поскольку позволяет значительно минимизировать пульсации момента и уровень шумовых помех по сравнению с другими схемными решениями. Осциллограмма выходного напряжения данного преобразователя показана на рис. 4.96.

Рис. 4.95

Рис. 4.96

Заключение

Создание нового поколения полупроводниковых приборов: различных силовых транзисторов, запираемых тиристоров, изменили силовую электронику и как следствие преобразовательное электрооборудование промышленных предприятий, организаций и учреждений. Современные силовые приборы отличаются: полной управляемостью, высоким быстродействием, способностью коммутировать цепи с мощностью более 1 МВт при низкой мощности в цепи управления.

Благодаря новому поколению силовых полупроводниковых ключей существенно повысились тенико-экономические показатели и функциональные возможности статических преобразователей: выпрямителей, инверторов, преобразователей частоты, различных регуляторов.

В свою очередь новые преобразователи позволили создать различные автоматизированные электропривода применяемые в промышленности. Так например, асинхронный электропривод полностью управляемый посредством реализации законов оптимального частотного управления [11].

С помощью средств современной электроники созданы принципиально новые электромеханические преобразователи, работа которых без электронных приборов была бы невозможной. К таким преобразователям относятся шаговые, вентильные двигатели, синхронные генераторы с самовозбуждением и многие другие [11].

Литература

1. Полуянович, Н.К. Методы автоматизации синтеза нелинейных резистивных ключей. Ч.1. Методы эквивалентного преобразования нелинейных резистивных схем замещения: Учебное пособие. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1999. –81с.

2. Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характеристики, применение. – М.: Издательский дом Додэка-XX1, 2001.-384с.

3. Б.Ю. Семенов Силовая электроника для любителей и профессионалов.М.: Издательство «СОЛОН-Р», 2001,-321с.

4. Электронные устройства электромеханических систем: Учеб. пособие для студентов высш. учеб. заведений / Ю.К. Розанов, Е.М. Соколова. – М.: Издательский центр «Академия», 2004.-272.

5. Силовая электроника: Словарь терминов / Под ред. Ф.И. Ковалев. –М.: Информэлектро, 2001.Уильямс Б. Силовая электроника: приборы, управление, применение: Справочное пособие: Пер. с англ. – М.: Энергоатомиздат, 1993.

6. Электрические и электронные аппараты: Учебник для вузов / Под ред. Ю.К. Розанова. –2-е изд. – М.: Информэлектро, 2001.

7. Дж. Мэрфи. Тиристорное управление двигателями переменного тока. – М.: Энергия,1979.Энергосберегающий асинхронный электропривод: Учею. Пособие для студ. Высш.учеб.заведений / И.Я. Браславский, З.Ш. Ишматов, В.Н. Поляков; Под ред. И.Я. Браславского. – М.: Издательский центр <Академия>, 2004. – 256 с.

8. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: Учеб. пособие. – СПб: КОРОНАпринт, 2001.

9. Соколова Е.М. Электронные устройства в схемах трансформаторов и асинхронных двигателей. – М.: Изд-во МЭИ, 1996.

10. Забродин Ю.С. Импульсные преобразователи для электропривода постоянного тока. –М.: Изд-во МЭИ, 1997.

11. Браславский И.Я. Энергосберегающий асинхронный электроприод: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / И.Я. Браславского. – М.: Ихдательский центр «Академия», 2004. – 256с.

12. Розанов Ю.К. Электронные устройства электромеханических систем: Учеб. пособие для студентов высш. учеб. заведений / Ю.К. Розанов, Е.М. Сколова. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 272 с.

13. Москаленко В.В. Электрический привод: Учеб. пособие для сред. Проф. Образования / Владимир Валентинович Москаленко. – 2-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 368 с.

14. Плуянович. Н.К. Лекции по энергетической электронике \: Учебное пособие. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000. 116 с.

ПОЛУЯНОВИЧ Николай Константинович

Date: 2015-05-09; view: 1467; Нарушение авторских прав