Курсовая / MU_po_LR_SE

Рисунок 7 - Схемы включения транзисторов в ключевом режиме: (а) биполярного; (б) БТИЗ

В ключевом режиме все транзисторы в открытом состоянии работают на вертикальной части выходной ВАХ (малое падение напряжения), а в закрытом — на нижней горизонтальной ВАХ (малый ток). Все транзисторные ключи не допускают приложения обратного напряжения и, поэтому, как правило, шунтируются обратными диодами (рис. 8 а — в).

Участки обобщенных статических выходных характеристик транзисторов, используемые в ключевом режиме (с учетом шунтирующих обратных диодов), приведены на рис. 8 г — е. На рис. 8 ж приведены те же характеристики для идеального транзисторного ключа.

При расчете вентильных преобразователей на напряжения 100 В и более можно с достаточной точностью использовать ВАХ по рис. 8 ж. Для расчета статических потерь в транзисторных ключах можно использовать характеристики по рис. 8 г — е и определенные по ним параметры. При таком расчете не учитываются коммутационные потери, возникающие при переключениях ключа. Обычно они не превышают 15.25% от статических потерь и будут рассмотрены далее.

Рисунок 8 – Схемы транзисторных ключей (а, б, в), их выходные ВАХ (г, д, е) и ВАХ идеального транзисторного ключа (ж)

11

В связи с уменьшением потерь в ключевом режиме уменьшаются и теплоотводящие устройства (радиаторы), а следовательно, резко уменьшаются габариты и масса устройств. Поэтому применение ключевого режима — основной путь улучшения массогабаритных и энергетических показателей электронных устройств.

3. Основные статические параметры транзисторов

3.1Основные параметры биполярных транзисторов

1.По току коллектора:

-максимально допустимый ток коллектора при заданной температуре корпуса (достигает 200 А);

-ток обратно смещенного коллекторного перехода (через запертый

транзистор) 2. По напряжению на коллекторе:

- максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер при токе базы равном нулю (достигает 1000 В);

- напряжение насыщения коллектор-эмиттер при заданном токе коллектора (1—2 В и более);

и не могут достигать одновременно максимальных значе-

ний.

3. По мощности: максимальная мощность рассеяния на коллекторе при заданной температуре корпуса.

4. По управлению:

-коэффициент передачи (усиления) по току в схеме с общим эмиттером

ß(до сотен, у высоковольтных это единицы);

торой коэффициент ß уменьшается в . 4. Тепловые параметры:

-тепловое сопротивление переход-корпус (при применении охладителя);

-тепловое сопротивление переход-окружающая среда (при отсутствии охладителя) ;

-максимально допустимая температура перехода .

Здесь = ∆Т/ ; ∆Т — разность температур между окружающей средой или корпусом и переходом.

3.2 Основные параметры ПТИЗ и БТИЗ

Основные параметры ПТИЗ и БТИЗ практически одинаковы, только взамен названий электродов сток и исток употребляются термины коллектор

иэмиттер.

1.По току стока:

- максимально допустимый ток стока при заданной температуре

12

корпуса (достигает 100 А у ПТИЗ и 2000 А у БТИЗ); - ток стока отсечки (через запертый транзистор) .

2. По напряжению на стоке:

- максимально допустимое напряжение сток-исток при токе базы равном нулю (достигает 900 В у ПТИЗ и 4500 В у БТИЗ);

- и не могут достигать одновременно максимальных значе-

ний.

3.По сопротивлению: сопротивление сток-исток в открытом состоянии

при заданном токе стока и напряжении затвор-исток (от десятков мОм до единиц Ом).

4.По мощности: максимальная мощность рассеяния на стоке при заданной температуре корпуса.

5.По управлению:

- тепловое сопротивление переход-корпус (при применении охладителя)

; - тепловое сопротивление переход-окружающая среда (при отсутствии

охладителя) .

Параметры для БТИЗ практически те же, но вместо параметра сопротивление сток-исток в открытом состоянии используется напряжение насыщения коллектор-эмиттер , которое определяется при заданном токе коллектора и напряжении затвор-эмиттер (1,5 — 3,5 В).

Задание для подготовки к эксперименту

Задание должно быть выполнено и оформлено в протоколе испытаний до начала проведения эксперимента

1.Подготовить протокол испытаний, включающий в себя название, цель

исодержание работы, принципиальную схему экспериментов, таблицы экспериментальных и расчетных данных.

2.Выполнить расчеты, прогнозирующие результаты эксперимента

2.1Рассчитать максимальные и минимальные напряжения на

контрольных точках стенда.

2.2 Определить амплитуду, временные интервалы управляющих сигналов ключей и изобразить их на эпюрах напряжений.

Принципиальная схем эксперимента приведена па рис. 9. Практическая часть проведения эксперимента заключается в

контроле напряжений контрольных точек согласно приведенной схеме.

Результаты выполнения задания после обсуждения с преподавателем служат основанием для допуска к проведению эксперимента.

13

Эксперимент

Параметры элементов и режимы цепей в эксперименте следует выбирать соответствующими прогнозирующему расчету задания для подготовки к эксперименту.

1.Проверить, выключен ли экспериментальный стенд от сети.

2.Подобрать оборудование, измерительные приборы и их пределы измерений, собрать схему экспериментальной цепи.

3.Проверить схему в присутствии преподавателя.

4.В присутствии преподавателя произвести необходимые измерения перед каждым переключением отключать стенд от сети.

5.Для трех различных частот задающего генератора при фиксированном напряжении управления, снять осциллограммы напряжений контрольных точек, при отключенном фильтре (кнопка SB 3)

6.Для трех различных частот задающего генератора при фиксированном напряжении управления, снять осциллограммы напряжений контрольных точек, при включенном фильтре.

Рисунок 9 - экспериментальная схема.

14

Отчет

Отчет включает в себя:

–титульный лист с названием учебного заведения, кафедры и лабоpатоpной работы, Ф.И.О. студента и преподавателя, годом и местом выполнения работы;

–протокол испытаний с заполненными таблицами всех экспериментальных и расчетных данных, подписанный преподавателем.

Вопросы к защите

1.Область применения электронных ключей и принципы их построения

2.Определение крутизны характеристик. Влияние крутизны на энергетику ключа

3.Зоны устойчивой работы ключей и способы защиты от аварийных режимов

4.Изменение эксплуатационных параметров электронных ключей

5.Последовательная и параллельная работа электронных ключей?

6.Классификация электронных ключей?

7.Основные расчетные соотношения электронных ключей?

15

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

«ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ ДЛЯ УПРАВЛЯЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА»

Цель работы – Исследовать основные соотношения трехфазного выпрямителя.

Содержание работы:

1.Исследование режимов трехфазного управляемого выпрямителя при разных углах управления.

2.Исследование семейства внешних характеристик.

Краткие теоретические сведения

1. Выпрямители тока. Классификация и структурные схемы выпрямителей

Выпрямители делятся на выпрямители тока и выпрямители напряжения.

Ввыпрямителях тока ток на выходе протекает в одном направлении, а мгновенные значения напряжения на выходе могут менять полярность. В качестве вентилей в них применяют диоды и тиристоры.

Ввыпрямителях напряжения напряжение на выходе не меняет полярность, а ток на выходе может менять направление. В качестве вентилей в них применяют диоды и транзисторы или запираемые тиристоры.

Внастоящее время основное применение имеют выпрямители тока. Именно они рассматриваются в этой и последующих главах. Для сокращения

вдальнейшем будем называть их просто выпрямителями, опуская слово тока. Выпрямители напряжения сложнее и будут рассмотрены позже. Выпрямители тока классифицируются по ряду признаков (рис. 10).

1. По числу фаз выпрямители делятся:

а) на однофазные, которые питаются от однофазной сети; б) на многофазные, которые питаются от многофазной сети.

2. По числу выпрямляемых полуволн выпрямители делятся: а) на однополупериодные; б) на двухполупериодные.

3. По построению схем выпрямители делятся на следующие:

а) нулевые (однотактные, в которых ток по вторичной обмотке трансформаторов протекает в одном направлении);

б) мостовые (двухтактные, в которых ток по вторичной обмотке трансформаторов протекает в двух направлениях). В мостовой схеме трансформатор может отсутствовать.

16

4.По мощности выпрямители делятся на следующие: а) малой мощности (до сотен ватт); б) средней мощности (до десятков киловатт);

в) большой мощности (сотни и тысячи киловатт).

5.По возможностям управления выпрямители делятся: а) на неуправляемые, выполненные на диодах; б) на управляемые, выполненные на тиристорах.

На рис. 11 приведена обобщенная структурная схема выпрямителя, содержащая сетевой фильтр СФ, трансформатор Т, вентильный блок ВБ,

сглаживающий фильтр СГФ, стабилизатор СТ, систему управления СУ и нагрузку Н. Энергия из сети подается через сетевой фильтр, служащий для уменьшения вредного влияния выпрямителя на питающую сеть. Трансформатор служит для согласования выпрямленного напряжения и напряжения сети, а также для потенциального разделения нагрузки и сети. Вентильный блок служит для выпрямления переменного тока. Сглаживающий фильтр осуществляет фильтрацию (сглаживание) выпрямленного напряжения. Стабилизатор обеспечивает поддержание с необходимой точностью требуемой величины постоянного напряжения на нагрузке в условиях изменения напряжения питающей сети и тока нагрузки. Система управления в управляемом выпрямителе обеспечивает регулирование выпрямленного напряжения.

17

Рисунок 10 – Классификация выпрямителей тока

Рисунок 11 – Обобщенная структурная схема выпрямителя

Не все указанные блоки обязательно присутствуют в схеме. В зависимости от предъявляемых требований могут отсутствовать все блоки, кроме ВБ. Однако, в большинстве случаев необходим и трансформатор. Поэтому в дальнейшем процессы рассматриваются для комплекта Т — ВБ. Наличие сглаживающего фильтра оказывает значительное влияние на режим работы выпрямителя и его элементов. Существенным при этом является характер входной цепи сглаживающего фильтра, определяющий совместно с внешней нагрузкой вид нагрузки выпрямителя.

18

Возможны следующие виды нагрузок выпрямителя (с учетом фильтра): а) активная; б) активно-индуктивная (например, выпрямитель работает на обмотку

возбуждения двигателя); в) активно-индуктивная с противо-ЭДС (выпрямитель работает на якорь

двигателя); г) активно-емкостная (емкостный фильтр).

Ввиду сложности расчетов выпрямителей, анализ процессов в них в первом приближении выполняется при упрощающих допущениях об индуктивности нагрузки. Принимается, что либо индуктивность в цепи выпрямленного тока Ld = 0, либо

2. Трехфазная мостовая схема

Трехфазная мостовая схема выпрямления (схема Ларионова) приведена на рис. 12 а, а временные диаграммы токов и напряжений при Ld = ¥ — на рис. 12 б. Вентили V2, V6, V4, у которых соединены аноды, называют анодной тройкой вентилей; V1, V3, V5, у которых соединены катоды, - катодной тройкой вентилей. В катодной тройке вентилей проводит вентиль, у которого анод самый положительный; в анодной тройке вентилей проводит вентиль, у которого катод самый отрицательный. Если в данный момент фаза а самая положительная, а c— самая отрицательная, то ток проходит от фазы а через V1 в нагрузку, через V2 на фазу с. Нумерация вентилей соответствует порядку их работы.

Выпрямленное напряжение ud формируется из верхушек линейных напряжений. Ток нагрузки id из-за наличия в схеме индуктивности сглажен. На рисунке он представлен прямой линией. Токи через вентили ia1 ... ia6 изображаются прямоугольниками, соответствующими участкам проводимости. Вторичный ток i2a переменный, а первичный i1a имеет такую же форму. В отличие от трехфазной нулевой схемы трансформатор работает в нормальных условиях.

Расчет проведем для случая Ld = ∞ (см. рисунок 12 а, б), принимая допущения об идеальности вентилей и трансформатора.

Среднее значение идеального выпрямленного напряжения в многофазной схеме

.

В трѐхфазной мостовой схеме m=6, тогда

,

где U2л — линейное напряжение на вторичной стороне трансформатора. Среднее значение выпрямленного тока

.

Среднее и амплитудное значения тока через вентиль

Амплитуда напряжения на вентиле

.

Действующее значение вторичного напряжения

.

Действующее значение вторичного тока, с учетом диаграммы (см. рис.

12 б)

.

Действующее значение первичного тока

.

Рисунок 12 – Трехфазная мостовая схема выпрямления (схема Ларионова) (а) и диаграммы токов и напряжений, иллюстрирующие ее работу

при Ld = ∞(б)

20