42. Биполярные транзисторы с изолированным затвором.

Он имеет низкие потери мощности во включенном состоянии, что характерно для биполярного транзистора. Высокое входное сопротивление, малые затраты энергии на управление ключом являются преимуществом полевых транзисторов.

Рисунок 13.8 - Структура биполярного транзистора с изолированным затвором

Рисунок 13.9 - Эквивалентная схема (а), условное графическое обозначение (b) биполярного транзистора с изолированным затвором

Работу ключа можно объяснить с помощью эквивалентной схемы (рисунок 13.9,b). Транзисторы VT1 и VT2 двух транзисторную модель тиристора, которая имеет глубокую положительную внутреннюю обратную связь, т.к. ток базы каждого транзистора определяет ток коллектора другого.

. (13.13)

, (13.14)

, (13.15)

, (13.16)

где - эквивалентная крутизна биполярного транзистора с изолированным затвором.

Другим достоинством БТИЗ является значительное снижение падения напряжения на замкнутом ключе. Это объясняется тем, что сопротивление канала шунтируется двумя насыщенными транзисторами, включенными последовательно. Процесс включения БТИЗ можно разделить на два этапа: открытие полевого транзистора и открытие транзисторов VT1, VT2. Задержка в открытии полевого транзистора, в основном, определяется зарядом входной и проходной емкостей, а включения тиристорной структуры VT1,VT2 происходит очень быстро под действием положительной обратной связи.

При запирании транзистора первоначально закрывается полевой транзистор, закрытие канала которого приводит к разрыву цепи ПОС и к закрытию транзистора VT1, а затем - VT2.

Ток управления IGBT мал, поэтому цепь управления - драйвер конструктивно компактна. Драйверы выпускают в интегральном исполнении в виде микросхем специального назначения. Существуют драйверы анодных и катодных ключей трехфазного моста, а также драйверы мостовых и полумостовых модулей.

Наиболее целесообразно располагать цепи драйвера в непосредственной близости от силового ключа. Часто драйверы выполняются в одном корпусе с модулем, образуя силовой гибридный интегральный модуль (СГИМ). В гибридный модуль вводят элементы защиты по току, напряжению и температуре кристалла, а также системы диагностирования, обеспечивающие защиту от исчезновения управляющего сигнала, одновременной проводимости в противоположных плечах силовой схемы, исчезновения напряжения источника питания и других аварийных явлений.

31. Инвертор, ведомый сетью.

Инвертированием называют процесс преобразования энергии постоянного тока в энергию переменного тока. Инверторы, ведомые сетью, осуществляют преобразование с передачей энергии в сеть переменного тока. У этих инверторов частота инвертирования определяется частотой сети.

Однофазный инвертор, ведомый сеть, со средней точкой

На рисунке 15.2 представлен инвертор, ведомый сетью со средней точкой трансформатора. В качестве источника инвертируемой энергии принята машина постоянного тока ЭМ, работающая в режиме генератора. Для того, чтобы передать энергию от электрической машины в питающую сеть без изменения направления тока, следует изменить полярность включения электрической машины на противоположную.

Рисунок 15.2 - Однофазный инвертор, ведомый сетью

Рассмотрим работу инвертора для случая чисто индуктивной нагрузки , временная диаграмма показана на рисунке 15.3.

Рисунок 15.3 - Временная диаграмма работы однофазного инвертора, ведомого сетью

Допустим, что на интервале 0-1 открыт тиристор VT2, он остается открытым даже при отрицательной полуволне напряжения , т.к. , при этом ток от электрической машины втекает в конец обмотки с напряжением , имеющий положительный потенциал, а вытекает из положительного полюса электрической машины. Таким образом, электрическая машина становится источником энергии, работает в режиме генератора, а обмотка трансформатора - потребителем. В точке 1 подается отпирающий импульс со сдвигом на угол α, открывается тиристор VT1 ( ), напряжение скачком переходит с кривой напряжения на кривую напряжения . При этом к тиристору VT2 прикладывается обратное напряжение со всей вторичной обмотки (плюс на катод, минус на анод), что приводит к запиранию тиристора VT2 и переходу тока на тиристор VT1. При большой величине ток , а токи тиристоров имеют форму прямоугольных импульсов. Тиристор VT1 остается открытым на интервале 1-3 , на интервале 2-3 тиристор поддерживается открытым за счет электрической машины . На этом интервале ток втекает в конец обмотки с напряжением , имеющий положительный потенциал, а вытекает из положительного полюса электрической машины. Таким образом, и в этом случае, электрическая машина становится источником энергии, работает в режиме генератора, а обмотка трансформатора - потребителем. Рассматривая ток и напряжение , можно сделать вывод , что на участках 0-1 и 2-3 ток и напряжение находятся в противофазе, следовательно, питающая сеть является потребителем энергии.

Кривая дает мгновенные значения противо-э.д.с., которую вырабатывает инвертор. Среднее значение противо-э.д.с. зависит от угла , который называется углом опережения открывания тиристоров

= . (15.1)

Если учесть, что , то получим уравнение обобщенной регулировочной характеристики

. (15.2)

Регулировочная характеристика (рисунок 15.4) показывает, что если , напряжение на выходе преобразователя положительно и преобразователь работает в режиме выпрямителя. Если , напряжение меняет знак и преобразователь переходит в режим инвертора. Таким образом, преобразователь путем изменения может переводиться из выпрямительного режима в инверторный и обратно, при соответствующем изменении полярности включения электрической машины. Наибольшее значение противо-э.д.с. равное развивается при . Однако уменьшать меньше некоторого значения нельзя. На интервале 3-4, который равен углу , создается отрицательное напряжение, запирающее тиристор. Этот интервал отводится на закрытие тиристора и должен иметь длительность достаточную, чтобы тиристор восстановил свои запирающие свойства

, (15.3)

где - время восстановления запирающих свойств тиристора, является одним из основных динамических параметров тиристоров.

Рисунок 15.4 - Обобщенная регулировочная характеристика выпрямителя - инвертора