- •А. П. Маругин
- •1. Основные элементы силовых электронных устройств
- •1.1. Силовые электронные ключи
- •1.2. Силовые диоды
- •1.2.1. Статические характеристики диода
- •1.2.2. Динамические характеристики диода
- •1.2.3. Защита силовых диодов
- •1.2.4. Основные типы силовых диодов
- •1.3. Силовые транзисторы
- •1.3.1. Основные классы силовых транзисторов
- •1.3.2. Статические режимы работы транзисторов
- •1.3.3. Динамические режимы работы силовых транзисторов
- •1.3.4. Обеспечение безопасной работы транзисторов
- •1.4. Тиристоры
- •1.4.1. Принцип действия тиристора
- •1.4.2. Статические вольт-амперные характеристики тиристора
- •1.4.3. Динамические характеристики тиристора
- •1.4.4. Типы тиристоров
- •1.4.5. Запираемые тиристоры
- •2. Схемы управления электронными ключами
- •2.1. Общие сведения о схемах управления
- •2.2. Формирователи импульсов управления
- •2.3. Драйверы управления мощными транзисторами
- •3. Пассивные компоненты и охладители силовых электронных приборов
- •3.1. Электромагнитные компоненты
- •3.1.1. Гистерезис
- •3.1.2. Потери в магнитопроводе
- •3.1.3. Сопротивление магнитному потоку
- •3.1.4. Современные магнитные материалы
- •3.1.5. Потери в обмотках
- •3.2. Конденсаторы для силовой электроники
- •3.2.1. Конденсаторы семейства мку
- •3.2.2. Алюминиевые электролитические конденсаторы
- •3.2.3. Танталовые конденсаторы
- •3.2.4. Пленочные конденсаторы
- •3.2.5. Керамические конденсаторы
- •3.3. Теплоотвод в силовых электронных приборах
- •3.3.1. Тепловые режимы работы силовых электронных ключей
- •3.3.2. Охлаждение силовых электронных ключей
- •4. Принципы управления силовыми электронными ключами
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Фазовое управление
- •4.3. Импульсная модуляция
- •4.4. Микропроцессорные системы управления
- •5. Преобразователи и регуляторы напряжения
- •5.1. Основные виды устройств преобразовательной техники. Основные виды устройств силовой электроники символически изображены на рис. 5.1.
- •5.2. Трехфазные выпрямители
- •5.3. Эквивалентные многофазные схемы
- •5.4. Управляемые выпрямители
- •5.5. Особенности работы полууправляемого выпрямителя
- •5.6. Коммутационные процессы в выпрямителях
- •6. Импульсные преобразователи и регуляторы напряжения
- •6.1. Импульсный регулятор напряжения
- •6.1.1. Импульсный регулятор с шим
- •6.1.2. Импульсный ключевой регулятор
- •6.2. Импульсные регуляторы на основе дросселя
- •6.2.2. Преобразователь с повышением напряжения
- •6.2.3. Инвертирующий преобразователь
- •6.3. Другие разновидности преобразователей
- •7. Инверторы преобразователей частоты
- •7.1. Общие сведения
- •7.2. Инверторы напряжения
- •7.2.1. Автономные однофазные инверторы
- •7.2.2. Однофазные полумостовые инверторы напряжения
- •7.3. Трёхфазные автономные инверторы
- •8. Широтно-импульсная модуляция в преобразователях
- •8.1. Общие сведения
- •8.2. Традиционные методы шим в автономных инверторах
- •8.2.1. Инверторы напряжения
- •8.2.2. Трехфазный инвертор напряжения
- •8.3. Инверторы тока
- •8.4. Модуляция пространственного вектора
- •8.5. Модуляция в преобразователях переменного и постоянного тока
- •8.5.1. Инвертирование
- •8.5.2. Выпрямление
- •9. Преобразователи с сетевой коммутацией
- •10. Преобразователи частоты
- •10.1. Преобразователь с непосредственной связью
- •10.2. Преобразователи с промежуточным звеном
- •10.3.1. Двухтрансформаторная схема
- •10.3.3. Схема каскадных преобразователей
- •11. Резонансные преобразователи
- •11.2. Преобразователи с резонансным контуром
- •11.2.1. Преобразователи с последовательным соединением элементов резонансного контура и нагрузки
- •11.2.2. Преобразователи с параллельным соединением нагрузки
- •11.3. Инверторы с параллельно-последовательным резонансным контуром
- •11.4. Преобразователи класса е
- •11.5. Инверторы с коммутацией в нуле напряжения
- •12. Нормативы на показатели качества электрической энергии
- •12.1. Общие сведения
- •12.2. Коэффициент мощности и кпд выпрямителей
- •12.3. Улучшение коэффициента мощности управляемых выпрямителей
- •12.4. Корректор коэффициента мощности
- •13. Регуляторы переменного напряжения
- •13.1. Регуляторы напряжения переменного тока на тиристорах
- •13.2. Регуляторы напряжения переменного тока на транзисторах
- •Вопросы для самоконтроля
- •14. Новые методы управления люминесцентными лампами
- •Вопросы для самоконтроля
- •Заключение
- •Библиографический список
- •620144, Г. Екатеринбург, Куйбышева ,30
1.2.3. Защита силовых диодов
Наиболее характерными причинами выхода диода из строя являются высокая скорость нарастания прямого тока / при его включении и перенапряжения при выключении. Основной причиной высоких значений / является малая индуктивность в контуре, содержащем источник прямого напряжения и включенный диод. Для снижения значения / обычно включают последовательно с диодом линейный реактор, ограничивающий скорость нарастания тока (рис. 1.9).
.
Рис.1.9. Динамические процессы при выключении диода:
а – электрическая схема; б – диаграммы тока и напряжения; 1 - =0; 2,3 - 0
В ряде случаев оказывается целесообразным включать насыщающиеся реакторы, которые до наступления момента насыщения ограничивают ток диода на уровне токов намагничивания реактора. После завершения процесса включения диода реактор насыщается, его реактивное сопротивление резко уменьшается и происходит дальнейшее увеличение тока в диоде и реакторе до установившегося значения. Применение насыщающегося реактора позволяет защитить диод от высоких скоростей изменения тока / на первом этапе включения, когда это наиболее опасно для диода.
Предположим, что в реакторе Lн нагрузки накоплена энергия, вызывающая при выключенном ключе S протекание прямого тока Iн в диоде VD2. При повторном включении ключа S в момент времени t = t0 ток в диоде спадает со скоростью di /dt = -Е/Ls. В момент времени t = в диоде протекает обратный ток, и в момент времени t = t2 происходит резкое восстановление запирающих свойств диода
Этот процесс условно можно рассматривать как размыкание идеального ключа, включенного между узлами а и б. Резистор Rs и конденсатор СS являются элементами, ограничивающими уровень перенапряжения на диоде. При их отсутствии динамический переходный процесс, связанный с блокированием обратного тока, вызвал бы недопустимо большой скачок напряжения на диоде.
Конденсатор Cs поглощает энергию, накопленную в реакторе LS при протекании обратного тока IR, ограничивая перенапряжения. Значение этой энергии при допущении неизменности тока IН может быть определено по формуле
=[( + )2 - ]. (1.5)
При Rs=0 переходный процесс колебательный и незатухающий (рис.1.9, б, кривая 1). При этом напряжение на диоде ограничено значением:
UvDmax = E . (1.6)
Приближенно можно оценить емкость Cs из условия поглощения конденсатором избыточной энергии Wr и ограничения напряжения диода до допустимого значения UBR:
= .• (1.7)
Резистор RS демпфирует колебания напряжения, частично рассеивая энергию реактора LS . Остаточная энергия в конденсаторе определяется напряжением Е и равна СSE /2. На рис.1.9, б представлены диаграммы обратного напряжения на диоде при разных соотношениях значений Rs и Cs (кривая 2 — колебательный процесс, кривая 3 — апериодически затухающий процесс).
Нахождение рационального соотношения значений RS и Cs является типичной оптимизационной задачей. Так, при фиксированном значении RS увеличение СS приводит к снижению перенапряжения на диоде, но при этом увеличивается энергия WR, выделяющаяся в резисторе Rs, что снижает КПД устройства.