Введение

Электронная техника разделяется на силовую и электронную. Силовая электроника связана с преобразованием электроэнергии на основе полупроводниковых приборов. Устройства силовой электроники позволяют управлять потоками электроэнергии в целях ее преобразования из одного вида в другой, а также в целях распределения, организации защиты электрических цепей, компенсации реактивной мощности. Эти функции, связанные с задачами электроэнергетики, определили другое название силовой электроники — энергетическая электроника.

Используются различные виды электроэнергии в зависимости от потребителя, это: переменный ток с частотой 50 Гц, постоянный ток (что составляет пятую часть вырабатываемой электроэнергии), токи повышенной частоты, токи специальной формы (импульсные и др.). Такое разнообразие вызывает необходимость ее преобразования. Основными видами преобразования электроэнергии являются:

1. выпрямление (преобразование переменного тока в постоянный);

2. инвертирование (преобразование постоянного тока в переменный);

1. преобразование частоты (преобразование тока одной частоты в другую); а также преобразование формы кривой тока, числа фаз и др.

Преобразовать электроэнергию можно различными способами. Традиционным в электротехнике является преобразование с помощью электромашинных агрегатов (состоящих из двигателя и генератора, объединенных общим валом). Недостатком такого преобразования является наличие подвижных частей, инерционность и т.д.

Другой способ - статическое преобразование электроэнергии. Основными элементами при этом являются полупроводниковые приборы (неуправляемые и управляемые). Новый этап развития преобразовательной техники связан с появлением мощных полупроводников (диодов, транзисторов, тиристоров), которые изготавливаются на основе кремния, обладают малыми габаритами, массой, имеют высокий КПД, обладают быстродействием и высокой надежностью при работе в широком диапазоне температур. Все это интенсифицировало создание новых технологий в преобразовательной технике.

С появлением силовых полупроводников разрабатываются и новые ме­тоды анализа таких схем. Используются средства вычислительной техники и пакеты схемотехнического анализа PSpise, Electronics Work Bench и др. Значительно расширились классы автономных инверторов, преобразо­вателей частоты, регуляторов постоянного тока и др. устройства.

Глава 1. Особенности преобразователей электрической энергии большой мощности

1.1. Энергетические характеристики, классификация

Силовых полупроводниковых приборов

Основными элементами силовой электроники являются нелинейные элементы (НЭ), вольт-амперная характеристика (ВАХ) которых приближается к идеализированной ключевого элемента (рис.1). Включенное состояние соответствует высокой проводимости, выключенное - низкой. Полупроводники для силовой электроники имеют ток I_ср ≤ 10А и импульсный ток свыше 100 А.

Классификация полупроводниковых приборов осуществляется: по принципу действия, по степени управляемости, по назначению, по применению и т.д.

По принципу действия разделяют три основные вида: 1) диоды; 2) тиристоры; 3) транзисторы.

Виды подразделяются на группы, определяемые конструкцией и технологией исполнения, характером физических процессов.

Например, тиристоры запираемые, фототиристоры, симметричные и асимметричные; среди транзисторов биполярные, МОП-транзисторы и др. Внутри полупроводники каждого вида подразделяются по назначению;

низкочастотные, высокочастотные, импульсные и др. По степени управляемости: 1) не полностью управляемые, которые посредством управляющего импульса можно переводить только в проводящее состояние; 2) полностью управляемые.