Виды пробоев «р-n» перехода

По исполнению «р-n» перехода вентили бывают обычные и лавинные.

1) Зеноровский пробой. У обычного вентиля пробой происходит в одной, наиболее слабой точке «р-n» перехода. Соответственно, происходит прожог в этой точке «р-n» перехода и вентиль выходит из строя.

2) Лавинный пробой. У лавинного вентиля, за счет качественного исполнения «р-n» перехода, пробой происходит по всей его площади, соответственно прожога «р-n» перехода не происходит и такой вентиль после пробоя восстанавливает свои вентильные свойства.

3) Существует также тепловой пробой, когда под действием увеличения температуры «р-n» переход прогорает и теряет свои запирающие свойства при подаче обратного напряжения.

4) Поверхностный пробой происходит по поверхности кромки кремниевой пластины, на границе запирающего слоя.

Транзисторы

Транзисторы имеют трехслойную структуру «р-n» перехода. Применяются два типа транзисторов:

1. «р-n-р», когда две крайние области имеют дырочную проводимость. Один такой вывод

называется эмиттер, а другой – коллектор. Средняя зона имеет электронную проводи-

мость и называется базой. Стрелка показывает, что «+» подается на эмиттер, а «-» на

коллектор и ток идет от эмиттера на коллектор.

2. «n-р-n», когда две крайние области имеют электронную проводимость и также

обозначаются. Средняя зона имеет дырочную проводимость и называется базой.

«+» подается на коллектор, а «-» на эмиттер и ток идет от коллектора к эмиттеру.

Внутри транзисторов образуется два «р-n» перехода П1 и П2. При подаче прямого напряжения между эмиттером и коллектором и при отсутствии напряжения на базе - транзистор закрыт одним «р-n» переходом и через транзистор проходит небольшой обратный ток закрытого «р-n» перехода. При подаче прямого напряжения между эмиттером и базой, закрытый «р-n» переход ликвидируется и через транзистор проходит прямой ток до тех пор, пока будет подаваться прямое напряжение на базу. При снятии напряжения базы – транзистор закроется.

Транзисторы применяются как:

Безконтакторный переключатель или блокировка, то есть подает или снимает напряжение в цепи.

Для усиления сигналов - на базу поступает сигнал малой величины, а после открытия транзистора, между эмиттером и коллектором может проходить значительный ток.

Тиристоры

Тиристор – силовой управляемый вентиль, по конструкции подобен силовому вентилю, но отличается структурой «р-n» переходов. Кремниевая пластина имеет 4-хслойную структуру П1, П2 и П3. При подаче обратного напряжения тиристор закрыт двумя переходами П1 и П3. При подаче прямого напряжения тиристор закрыт переходом П2. К слою П2 припаивается управляющий анод или электрод УЭ. При определенной величине прямого напряжения происходит пробой закрытого перехода П2, при этом ток увеличится и достигнет тока включения Iвк, а запирающий слой П2 ликвидируется, соответственно, под действием уменьшения сопротивления слоя П2, резко начнет расти прямой ток и тиристор откроется как обычный вентиль.

При уменьшении прямого напряжения, при определенной величине прямого тока переход П2 закроется – это ток запирания Iзап.

Тиристор можно открыть без увеличения прямого напряжения, если подать кратковременно импульс напряжения на УЭ, а при снятии напряжения с УЭ тиристор закроется, если ток достигнет Iзап.

Тиристоры используются при:

Регулировании напряжения на потребителях в прямом полупериоде. В определенный момент на УЭ подается управляющий импульс прямого напряжения, тиристор открывается и остальную часть полупериода работает как неуправляемый вентиль. В конце полупериода, когда уменьшится прямое напряжение, уменьшится прямой ток и тиристор закрывается.

Изменяя время открытия тиристора можно плавно регулировать среднее значение напряжения за период, которое подается на нагрузку или потребитель.

Динистор – это тиристор, имеющий два вывода. Управляющий электрод у такого тиристора отсутствует.

Контрольные вопросы по теме: «Полупроводниковые приборы»

1. Что такое полупроводник?
2. Какими свойствами обладает полупроводниковая пластина с примесью и почему?
3. Что такое запирающий слой и как он работает при подаче прямого и обратного напряжения?
4. Расшифруйте запись на корпусе вентиля ВЛ-200-9-0,53?
5. Чем отличается таблеточный вентиль от штырьевого?
6. Как применяются стабилитроны?
7. Как работает транзистор?
8. Как применяются транзисторы?
9. Как работает динистор?
10. Как работает тиристор?

Схемы выпрямления переменного тока

I. Однопериодная. Последовательно с нагрузкой включается вентиль или диод, который образует плечо и подается однофазное переменное напряжение. В один из полупериодов, когда на вентиль подается прямое напряжение, через вентиль и нагрузку проходит прямой ток. В другой полупериод на вентиль подается обратное напряжение и ток по вентилю и нагрузке не проходит. Среднее напряжение на нагрузке равно половине напряжения сети, а ток постоянный по направлению и пульсирующий по величине. Такая схема выпрямления применяется ограниченно, так как выпрямляет напряжение только в один полупериод.

II. Двухполупериодная с нулевым выводом трансформатора. К крайним выводам трансформатора подключаются аноды или катоды вентилей двух плеч. С другой стороны аноды или катоды вентилей плеч соединяются вместе. Нагрузка или потребитель подключается между средним выводом трансформатора (нулевым) и между общим анодом или катодом плеч. При такой схеме в оба полупериода под действием напряжения одной полуобмотки по нагрузке R проходит ток в одном направлении. Напряжение на нагрузке равно напряжению полуобмотки. В нерабочий полупериод на вентили плеча подается обратное напряжение, которое равно сумме напряжений полуобмоток или двойному рабочему – это необходимо учитывать, чтобы не было пробоя вентилей в плечах.

III. Двухполупериодная мостовая. При данной схеме используется 4-е вентиля, которые соединяются между собой и образуют контур. Катоды двух вентилей или плеч соединяются вместе и образуют «+» моста, а аноды двух других плеч образуют «-» моста. «+» и «-» моста образуют диагональ постоянного напряжения к которым подключается нагрузка R. Свободные катоды и аноды плеч соединяются вместе и образуют диагональ, на которую подается однофазное переменное напряжение от обмотки трансформатора или от сети переменного тока. При данной схеме в оба полупериода по нагрузке проходит ток постоянного направления и изменяется по величине с двойной частотой. В каждый полупериод поочередно работают два плеча моста, а в нерабочий полупериод на вентили плеч подается обратное напряжение равное рабочему.

IV. Мостовая полууправляемая. Два плеча моста собираются на управляемых вентилях – тиристорах. При помощи электронных блоков на управляющие электроды тиристоров в определенный момент полупериода в подается импульс напряжения, тиристоры открываются и до конца полупериода работают как неуправляемые вентили. В конце полупериода прямой ток по тиристору уменьшается и тиристор закрывается. Изменяя время открытия тиристоров плеч можно плавно регулировать и поддерживать постоянное напряжение на нагрузке. Применяется в ВЛ-80с для подачи напряжения на обмотку управления ТРПШ.

V. Двухполупериодная мостовая с разомкнутыми плечами мостов. Применяется для выпрямления переменного тока при подаче на ТЭД секций ВЛ-80с. Две выпрямительные установки (ВУ), по схеме 61 и 62 собраны по мостовой схеме но в каждой ВУ два плеча моста со стороны подачи переменного напряжения, разомкнуты. Вывод а1 нерегулируемой части 1-й полуобмотки соединяется с неразомкнутым плечом ВУ61, а средний вывод ПР второй полуобмотки с неразомкнутым плечом ВУ 62. Одновременно вывод а1 и средний вывод ПР 2-й полуобмотки соединяются проводом, который называется уравнительным или нулевым. Катод разомкнутого плеча ВУ 61 соединяется со средним выводом ПР 1-й полуобмотки и с анодом разомкнутого плеча ВУ 62. Анод разомкнутого плеча ВУ 61 соединяется с катодом разомкнутого плеча ВУ 62 и с выводом а2 нерегулируемой части 2-й полуобмотки.

При такой схеме соединения:

1. В первый полупериод, когда ЭДС во вторичных обмотках направлена справа налево, от первой полуобмотки, через ВУ 61 подается напряжение на 1-й и 2-й ТЭД первой тележки. От 2-й полуобмотки, через ВУ 62 подается напряжение на 3-й и 4-й ТЭД второй тележки.

2. В следующий полупериод, когда ЭДС направлена слева направо:

a) От 1-й полуобмотки, через ВУ 62 подается напряжение на 3-й и 4-й ТЭД второй тележки, затем ток проходит по уравнительному проводу справа налево.

b) От 2-й полуобмотки, через ВУ 61 подается напряжение на 1-й и 2-й ТЭД первой тележки и ток проходит по уравнительному проводу слева направо.

Таким образом, в этот полупериод по уравнительному проводу проходят встречно направленные токи ТЭД первой и второй тележек и если эти токи равны, то ток в уравнительном проводе равен 0, поэтому этот провод называют нулевым. Но в этом случае ток проходит последовательно по группам ТЭД и по полуобмоткам трансформатора.

На четных позициях ЭКГ, когда напряжение 1-й полуобмотки больше напряжений 2-й примерно на 72 В, ток 3-го и 4-го ТЭД также больше тока 1-го и 2-го ТЭД. В этом случае по уравнительному проводу проходит разность этих токов, но одновременно выравнивается среднее напряжение на тяговых двигателях за период, поэтому провод называют еще и уравнительным.

Применение схемы с разомкнутыми плечами мостов и переходных реакторов, работающих как делители напряжения, при малом числе выводов полуобмоток (14), дает получить большее число позиций регулирования напряжения на ТЭД.

Тяговые выпрямительные установки (по схеме ВУ61, ВУ62)

На каждой секции ВЛ-80с установлено две выпрямительные установки – ВУ61 и ВУ62, собранные по мостовой схеме с разомкнутыми плечами.

НАЗНАЧЕНИЕ: служат для преобразования переменного напряжения в постоянное для подачи на тяговые двигатели.

УСТРОЙСТВО: ВУ состоит из 2-х блоков. Каждый блок – это сварной каркас 1 прямоугольной формы, с поперечных сторон закрыт изоляционными пластинами 6, а с продольных сторон на изоляционных шпильках установлено 4-е горизонтальных ряда охладителей 4 для штыревых вентилей, по 12 в каждом ряду. Охладители разделяются изоляционными прокладками и установлены ребрами вовнутрь каркаса, где образуется вентиляционный канал. Вентили вворачиваются в охладители. ВУ комплектуется лавинными вентилями ВЛ-200, не менее 9 класса (Uобр = 900 В). Вентили соединяются параллельно в 12 ветвей шинами 2, а 4 последовательно соединенных вентиля в каждой ветви соединяются гибкими выводами 3. Шиныизолированы от каркаса изоляторами 5. 12-ь параллельных ветвей выбрано с таким расчетом, чтобы суммарный прямой ток двух параллельно включенных ТЭД тележки равномерно распределить по вентилям и ток не должен превышать допустимого – 200 А. 4-е последовательно соединенных вентиля в каждой параллельной ветви выбрано с таким расчетом, чтобы максимальное обратное напряжение на каждом вентиле не превышало допустимого, с учетом максимального напряжения контактной сети и коммутационных перенапряжений, которые могут возникнуть на тяговых полуобмотках, и 1 дополнительный вентиль, чтобы при пробое одного из вентилей последовательной цепи, ВУ оставалась работоспособной до планового ремонта.

На последних выпусках ВЛ-80с, ВУ комплектуется таблеточными лавинными вентилями ДЛ 153-1250-24 с номинальным прямым током 1250 А и допустимым обратным напряжением 2400 В. Конструкция блока ВУ подобная. Боковые стенки закрыты изоляционными панелями, внутри расположены 2 плеча из таблеточных вентилей с радиаторами. Через панель проходят выводные медные шины. Каждое плечо состоит из 6-и вентилей ДЛ, которые соединены в 3-и параллельные ветви, по 2-а последовательно соединенных вентиля в каждой.

Сверху на блоках ВУ установлены переключатели потока воздуха, которые направляют поток для охлаждения вентилей блока.

Выпрямительная установка возбуждения ВУВ-60

НАЗНАЧЕНИЕ: служит для подачи и регулирования тока в обмотках возбуждения ТЭД при реостатном торможении, с целью поддержания заданной тормозной силы.

УСТРОЙСТВО: состоит из 2-х плеч или блоков. Первый блок установлен на 1-й секции, второй блок – на 2-й секции. Плечи собраны на тиристорах ТЛ2-200. Катод плеча ВУВ-60 первой секции соединяется с выводом 7, а катод плеча ВУВ-60 второй секции с выводом 02 регулируемой части 2-й полуобмотки трансформатора первой секции. Аноды плеч ВУВ-60 первой и второй секции соединяются между собой. Последовательно соединенные обмотки возбуждения ТЭД первой и второй секций подключаются между общим анодом плеч ВУВ-60 и выводом 8 регулируемой части второй полуобмотки, который является средним или нулевым.

ВУВ-60 состоит из изоляционной текстолитовой панели на которой установлено 12 тиристоров с радиаторами ТЛ2-200. Два вертикальных ряда по 6-ь тиристоров соединенных последовательно, образуют 6-ь параллельных ветвей. Переменное напряжение на аноды тиристоров подается через 2-х обмоточные дроссели, которые выравнивают прямой ток в параллельных ветвях. Радиаторы тиристоров сзади закрыты пластиковым кожухом через который проходит воздух, нагнетаемый МВ-2 для охлаждения тиристоров. Напряжение на управляемые электроды тиристоров подается от вторичных обмоток тройдального импульсного трансформатора. В нижней части панели установлены многообмоточные трансформаторы управления, конденсаторы, резисторы, маломощные диоды и тиристоры. В нерабочий полупериод заряжаются конденсаторы. В рабочий полупериод, в определенный момент времени, блок БУРТ разряжает конденсаторы на импульсные тиристоры, который открывается и до конца полупериода постоянное напряжение на обмотки возбуждения ТЭД.

Контрольные вопросы по теме: «Схемы выпрямления и выпрямительные установки»

1. Какая двухполупериодная схема выпрямления требует меньшее количество вентилей?
2. Какая схема выпрямления дает возможность регулировать напряжение на потребителе и за счет чего это достигается?
3. При какой схеме выпрямления напряжение на потребителе уменьшается вдвое и почему?
4. Почему на ВЛ-80с разомкнуты плечи мостов, что это дает?
5. Сколько штырьевых вентилей на секции ВЛ-80с?
6. По какому принципу подбирают количество параллельных ветвей в плече ВУ?
7. По какому принципу подбирают количество последовательно соединенных вентилей в каждой ветви плеча ВУ?
8. Что обеспечивает ВУВ-60?
9. Почему уравнительный провод еще называют нулевым?
10. Что является нагрузкой для ВУВ-60?

Указатель позиций

НАЗНАЧЕНИЕ: служит для дистанционного контроля за позициями ЭКГ при наборе и сбросе.

УСТРОЙСТВО: один сельсин – приемник установлен за указателем позиций на пульте управления 13. Подобный сельсин – датчик установлен под редуктором ЭКГ, вращающий момент на вал ротора которого, передается через зубчатую передачу от главного вала ЭКГ.

Сельсин состоит из неподвижной части – статора 1. закрытого крышками 10 и 11, в которых вращается вал ротора 6. Внутри статора расположен шихтованный сердечник с пазами, в которые уложены активные стороны катушек трехфазной обмотки 2, соединенных по схеме «Звезда». Выводы фаз крепятся на изоляционной панели и обозначаются Ф1, Ф2 и Ф3. На средней части вала ротора посажен двухполюсный сердечник 3, на котором установлена однофазная обмотка возбуждения 4. Концы обмотки припаяны к двум стальным кольцам 8, которые изолированы друг от друга и от вала ротора. По кольцам скользят щетки 9, которые проводами соединяются с клеммами В1 и В2 на панели 5.

СХЕМА ВКЛЮЧЕНИЯ: трехфазные обмотки статоров сельсинов датчика и приемника соединяются тремя проводами в клеммы Ф1, Ф2 и Ф3. Однофазные обмотки возбуждения роторов соединяются параллельно в клеммы В1 и В2 и на них подается переменное напряжение 110 В от вторичной обмотки ТН-112.

РАБОТА: по однофазным обмоткам возбуждения датчика и приемника, при поднятом токоприемнике и включенном главном выключателе (ГВ), под действием переменного напряжения проходит переменный ток и образуется переменный магнитный поток, который пересекает трехфазные обмотки статоров. В обмотках статора индуктируется ЭДС приемника и датчика, которые направлены встречно. Когда роторы датчика и приемника занимают одинаковое положение относительно трехфазных обмоток статоров, индуктированные ЭДС равны, направлены встречно и взаимно уничтожаются.

При наборе или сбросе на очередную позицию, поворачивается главный вал ЭКГ, соответственно поворачивается на определенный угол ротор датчика. При этом положение ротора - датчика смещается относительно 3-х фазной обмотки статора, нарушается равенство индуктируемых ЭДС. Под действием неравенства ЭДС, по 3-х фазным обмоткам статоров проходит ток и между статорами сельсинов и роторами образуется выталкивающая сила, а на валах роторов – вращающий момент. Ротор датчика повернутся не может, так как соединен с главным валом ЭКГ, а ротор сельсина – приемника начинает поворачиваться в том же направлении до тех пор, пока не займет одинаковое положение с ротором датчика. При этом восстанавливается равенство индуктированных ЭДС, ротор приемника – стрелка указателя останавливается и показывает номер набранной позиции.

Аккумуляторная батарея (по схеме 200А и 200Б)

НАЗНАЧЕНИЕ: предназначена для подачи напряжения в цепи управления, освещения и сигнализации при опущенных токоприемниках и когда не работает зарядное устройство.

УСТРОЙСТВО: на каждой секции установлена щелочная, никель-кадмиевая батарея, которая состоит из двух частей – А и Б. Каждая часть батареи состоит из металлического ящика 2 с откидной крышкой 11, которая удерживается горизонтально в открытом положении, на тросиках 7. В ящике и на крышке изготовлены направляющие по которым перекатывается тележка 10. На тележке в резиновых чехлах 15 плотно устанавливается 21 элемент 14 и расклиниваются деревянными досками или фанерой. Элементы внутри ящика соединяются последовательно медными никелированными перемычками 13,. На дне тележки и ящика имеются отверстия для вытекания электролита, который выплескивается из элементов. На верхней части ящика расположены два отверстия с грибообразными крышками 3 для выхода газов. На боковых стенках есть отверстия для вентиляции, которые зимой закрываются заглушками изнутри ящика.

Элемент АБ – это железная банка 1 с гофрированными стенками, сверху закрыта крышкой, в которой расположены три отверстия: два крайние 2 - для выводных шпилек, а среднее – для залива и слива электролита, для контроля его плотности и уровня. Среднее отверстие закрыто пробкой 3, в которой имеется центровое и радиальное отверстия, закрытые резиновыми кольцами, они служат обратным клапаном для удаления избыточного давления из полости элемента. Внутри банки находятся два блока 8 и 9, состоящих: один - из 6-и положительных, другой - из 5-и отрицательных пластин. Пластины блоков объединены общей перемычкой с выводной шпилькой, которая пропущена через крышку банки и изолирована от нее.

Пластина 5 – это стальная рамка, в которую установлены ряд овальных трубок 6 с мелкими отверстиями. Трубки заполнены активной массой: в положительных пластинах – это гидрат окиси никеля Ni(OH3), в отрицательных пластинах – это порошкообразный кадмий Cd. В активные массы пластин добавляют порошок графита для образования пористой или губчатой массы

для улучшения соприкосновения с электролитом. Положительные и отрицательные пластины изолированы между собой хлорвиниловой сеткой. В банки заливают электролит – это водный раствор гидрата окиси калия KOH, который характеризуется плотностью или удельным весом.

РАБОТА: в результате химической реакции между электролитом и активной массой пластин образуется разность потенциалов или напряжение 1,2 В на каждом элементе. При последовательном соединении всех

элементов, напряжение складывается и образуется общее напряжение батареи 50 В.

При подключении нагрузки, под действием напряжения по внешней и внутренней цепи проходит ток и под действием этого тока внутри элементов батареи проходит химическая реакция, увеличивается внутреннее

сопротивление и падение напряжения внутри батареи, и как следствие, уменьшается напряжение во внешней цепи – значит, батарея разряжается.

Для восстановления напряжения батареи, ее заряжают от зарядного устройства, напряжение которого должно быть больше чем на батареи. При этом через элементы батареи проходит зарядный ток и ее напряжение увеличивается до номинального, при этом зарядный ток уменьшается.

Не рекомендуется разряжать батарею до напряжения на отдельных элементах менее 1 В, так как при заряде батарея не восстановится до номинального значения напряжения.

Контрольные вопросы по темам: «Указатель позиций» и «Аккумуляторная батарея»

1. Чем отличаются сельсин-датчик от сельсина приемника и где они установлены?
2. Как подключены сельсины в электрические цепи?
3. Почему поворачивается стрелка сельсина-приемника при наборе или сбросе позиций ЭКГ?
4. Как установлена АБ на секции ВЛ-80с?
5. Как устроен каждый элемент АБ?
6. Какое условие необходимо, чтобы заряжать АБ от внешнего источника (зарядного устройства)?
7. Какие процессы происходят при разряде АБ?