Основные направления совершенствования систем автоматизированного электропривода




 

8.1 Полупроводниковые элементы выпрямителей, импульсных регуляторов и преобразователей частоты

 

 

Основными элементами преобразующих устройств, применяемых в электроприводе, являются известные в электронике диоды, транзисторы и тиристоры, работающие в ключевом режиме. Этот режим характеризуется наличием или отсутствием тока через прибор при подаче на его управляющий электрод соответствующих сигналов (напряжений или токов). Идеальная вольт-амперная характеристика ключа и реальные вольт-амперные характеристики диода, транзистора и тиристора изображены на рисунке 1.1. Как видно из рисунка, отличием идеального ключа является отсутствие падения напряжения в проводящем (открытом) состоянии и отсутствие тока в непроводящем (закрытом) состоянии.

 

p n

I I

А

 

К

U U

А

а)

n p n p n p n

 

I б) Iк

 

 

m

 

 

в) г)

 

Рисунок 8.1 - Вольт-амперные характеристики:

а) идеальный ключ; б) диод; в) биполярный транзистор; г) тиристор (структура и условно-графические изображения в электрических схемах)

 

Реальные элементы, в отличие от идеального ключа, имеют большое сопротивление в закрытом состоянии и незначительное сопротивление в открытом состоянии, чем обусловлено внутреннее падение напряжения при протекании прямого тока. Для таких приборов, как диоды и тиристоры, характерно наличие незначительного обратного тока при подаче обратного напряжения и при превышении допустимого значения электрический пробой.

Диоды имеют двухслойную структуру (рисунок 1.1,б), обладают односторонней проводимостью и при наличии прямого напряжения на аноде проводят ток, а при обратном не проводят. Характерными параметрами при расчете и выборе этих приборов являются допустимое обратное напряжение и предельное значение прямого тока.

Транзисторы можно разделить по внутренней структуре на биполярные и униполярные (полевые).

Биполярные транзисторы (рисунок 1.1,в) имеют трехслойную полупроводниковую структуру (К- коллектор, Э- эмиттер, Б- база) и являются элементами, управляемыми током базы, при этом они могут работать как в усилительном, так и в ключевом режиме. При отсутствии тока базы транзистор находится в закрытом состоянии и прямой ток между коллектором и эмиттером отсутствует, при этом транзистор представляет большое сопротивление. При наличии импульса тока в базе транзистор переходит в открытое состояние (режим насыщения на выходной характеристике) и при снятии импульса возвращается в закрытое состояние.

Полевой транзистор в простейшем виде представляет собой слой полупроводника n - типа, заключенный между двумя p-n переходами. Электрод, от которого начинается движение носителей заряда, называется истоком, а электрод, к которому они движутся, - стоком. Электрод, с помощью которого управляют величиной проходящего тока, называется затвором. Управляющие свойства полевого транзистора объясняются тем, что при изменении напряжения затвор-исток изменяется ширина канала, проводящего ток.

Основными параметрами при расчете и выборе биполярных транзисторов являются максимально допустимое напряжение коллектор - эмиттер, максимальный ток коллектора, предельное значение тока базы. Для полевых - напряжение сток-исток, напряжение исток-затвор, ток стока.

Тиристоры представляют собой четырехслойную полупроводниковую структуру (рисунок 1.1,г) и переводятся в открытое состояние, при наличии прямого напряжения анод-катод, положительным импульсом на управляющем электроде (У). В закрытое состояние однооперационный (триодный) тиристор переводится подачей обратного напряжения на анод относительно катода. Если тиристор относится к группе двухоперационных (запираемых- GTO ), то мощным запирающим отрицательным импульсом на управляющем электроде. Особенностью тиристоров является то, что при превышении определенного значения прямого напряжения он открывается при отсутствии управляющего импульса, что видно из вольт-амперной характеристики.

Основными параметрами при расчете и выборе тиристоров являются: допустимые прямое и обратное напряжение, предельное значение прямого тока, допустимая скорость нарастания прямого напряжения du/dt.

Принципиальными для тиристоров является и ряд других параметров, сведения о которых приводятся в справочной литературе.

Долгое время тиристоры были бесспорными лидерами в преобразовательной технике по величинам допустимых напряжений и токов. Но в настоящее время многие разработчики отдают предпочтение силовым транзисторам, которые по этим параметрам вплотную подошли к тиристорам, а по другим превосходят их. Чтобы разобраться в этом вопросе рассмотрим те и другие более подробно.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-15 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: