Ю П Колонтаєвський - Електроніка імікросхемотехніка - страница 51

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60 

VT2

6 -UX2

Рис. 10.22 - Схема запуску БТІЗ через активний опір

значенні опору в колі затвора всі перехідні процеси тривають відповідно довше. Тобто для процесів вмикання та вимикання потрібно більше часу.

Найпростіша СЗ силового БТІЗ із використанням актив­ного опору в його колі керу­вання наведена на рис. 10.22.

При позитивній полярності імпульсу керування, що над­ходить на вхід СЗ транзистор VT1 підмикає джерело жив­лення + Uxl через резистор R3 до затвора VT3, забезпечую­чи у такий спосіб його надійне вмикання. При негативній по­лярності імпульсу керування аналогічно, але вже за допо­могою транзистора VT2 і джерела -Ux2 відбувається вимикання БТІ3.

Швидкість вмикання і втрати при ньому можна легко регулювати зміною величини опору резистора R3. Однак при вимиканні транзис­тора можна швидкість вимикання регулювати лише до моменту до­сягнення колекторним струмом значення, що дорівнює так званому "залишковому струмові". Значення останнього і швидкість його спадан­ня визначаються тільки конструкцією конкретного типу БТІЗ.

При и.дж1 = +15В та и.дж2 = -5 В така схема СЗ забезпечує роботу БТІЗ у ключовому режимі. При цьому мінімальне падіння напруги на транзисторі в режимі насичення лежить у межах U = 2,8 , 3,2 В. Це істотно вище ніж у силових біполярних транзисторів і однооперацій-них тиристорів, що працюють у режимі ключа. Тому при створенні ЕК на основі силових БТІЗ завжди необхідно це враховувати, забезпечуючи належний тепловідвід від приладу.

На рис. 10.23 наведено більш досконалу СЗ. Вона виконана на компле­ментарній парі польових транзисторів з ізольованим затвором і в неї додатково введені ланцюги обмеження напруги на затворі (індуктивність L , високочастотний діод VD і конденсатор С3). Завдяки цьому істотно знижуються короткочасні стрибки струму та напруги у вихідному колі БТІЗ, що мають місце при перехідних процесах, як у силовому колі,ззє

ЕЛЕКТРОНІКА І МІКРОСХЕМОТЕХНІКА

так і у колі керування приладу. Безсумнівно, це сприятливо позначається на показниках надійності БТІЗ.

о+иж1

C1

—т—

_C3_

Ж VD

R3 L3

9 К

VT3

U~(OFF) 1

C2

ж2

Рис. 10.23 - Схема запуску БТІЗ із колами обмеження Для запуску двоопераційних тиристорів і силових біполярних тран­зисторів з ізольованим затвором часто використовують уніфіковані схе­ми формувачів імпульсів, що називаються драйверами. Вони забез­печують надійне вмикання та вимикання силових приладів за сигна­лом керування, виконуються у інтегральному виконанні і орієнтовані на керування як одиночними приладами, так і силовими блоками, що скла­даються із декількох повністю керованих приладів, з'єднаних за типо­вими схемами силових вузлів. Іноді їх вбудовують у силові блоки.

Випускають драйвери, як правило, ті ж фірми, що виробляють си­лові напівпровідникові прилади.

Зрозуміло, що розглянуті СЗ керованих напівпровідникових приладів ЕК можуть використовуватися при створенні не тільки регуляторів, але й інших типів перетворювачів змінного та постійного струмів.

Q Контрольні запитання

1. Поясніть призначення регуляторів (переривачів) змінного стру­му і наведіть їхню класифікацію.

2. У чому полягають особливості проектування електронного клю­ча як силового елемента регулятора.

3. Наведіть часові діаграми, що ілюструють роботу однофаз­них регульованих електронних ключів змінного струму за ак­тивного й активно-індуктивного навантажень.

4. Поясніть, що означають параметри а, акр, авим, X.

5. Виведіть основні розрахункові співвідношення для однофазних регульованих електронних ключів при роботі на активне й актив­но-індуктивне навантаження.

6. Виведіть аналітичні вирази для визначення втрат потужності у ти­ристорі при його використанні у регульованому електронному ключі.

7. Поясніть принцип дії трифазних електронних ключів змінного стру­му з нульовим проводом і без нього. Які відмінності у їхній роботі?

8. Запишіть вихідні диференційні рівняння для розрахунку трифаз­них електронних ключів змінного струму без нульового проводу.

9. Що таке характеристики керування регульованих електронних ключів змінного струму? Поясніть їхнє призначення на прикладі характеристик керування трифазного регульованого електрон­ного ключа без нульового проводу.

10. Поясніть, як вибрати тиристори для електронного ключа за стру­мом і напругою?

11. Поясніть призначення схем запуску керованих напівпровідникових приладів в електронних ключах і вкажіть основні вимоги до них.

12. Наведіть основні варіанти схем запуску тиристорів (симісторів). Яким чином враховується технологічний розкид параметрів кіл керування тиристорів?

1 3 . Наведіть схеми запуску електронних ключів, виконаних на основі підсилювачів-формувачів. Який порядок їхнього розрахунку?

1 4. Наведіть схеми запуску, у яких для створення керуючих імпульсів використовується анодна напруга силового тиристора. Яка методика їхнього розрахунку?

15. Приведіть приклади схем запуску для керування потужними бі­полярними та польовими транзисторами. Який принцип їхньої дії?

16. Які схеми запуску використовують для керування потужними БТІЗ?

17. Вкажіть області застосування різних схем запуску. Дайте ко­роткий аналіз цих схем.

18. Що становлять собою мікроелектронні драйвери, призначені для використання у схемах запуску силових напівпровідникових приладів?

33В

РОЗДІЛ 11

перетворювальні пристрої. інвертори. перетворювачі частоти

11.1. Автономні інвертори

11.1.1. Призначення та класифікація

Автономні інвертори - це пристрої, що працюють на автономне навантаження і призначені для перетворення напруги постійного стру­му у напругу змінного струму заданої або регульованої частоти.

Застосовують автономні інвертори:

1) у системах електропостачання споживачів змінного струму, коли єдиним джерелом живлення є джерело напруги постійного струму (на­приклад, акумуляторна або сонячна батарея);

2) у системах гарантованого електропостачання при зникненні на­пруги мережі живлення (наприклад, для особистих потреб електро­станцій - для живлення пристроїв контролю, вимірювання, захисту, ЕОМ);

3) для живлення технологічного устаткування, частота напруги яко­го відрізняється від промислової частоти 50 Гц;

4) для частотного регулювання швидкості асинхронних двигунів;

5) для живлення споживачів змінного струму від ліній електропоста­чання постійного струму;

6) для перетворення постійної напруги одного рівня у постійну на­пругу іншого рівня (конвертування напруг).

Комутаційними елементами в інверторах є тиристори або силові тран­зистори.

Залежно від специфіки електромагнітних процесів розрізняють інвер­тори струму та інвертори напруги. На рис. 11.1 зображені приклади їхніх схем.

В інверторах струму силове коло схеми підмикається до джерела постійної напруги через дросель L із великим індуктивним опором (як відомо, джерело струму повинно мати великий опір).

+0-

VS3

^VDp7 VS1^SU_ VS3~Z^ VD3

VS4

TjVVD^WVS^^b VS4/kVD4

■4

Рис. 11.1 - Автономні інвертори струму (а) та напруги (б)

В інверторах напруги паралельно джерелу живлення вмикається конденсатор великої ємності, чим виключається вплив на роботу при­строю внутрішнього опору джерела (отримуємо джерело напруги за змінним струмом).

Таким чином, комутація тиристорів в інверторах струму проводить­ся за сталого струму, а в інверторах напруги - за сталої напруги.

При роботі інвертора схема керування почергово вмикає пари тиристо­рів VS1, VS4 або VS2, VS3, завдяки чому на навантаженні Rb виникає змін­на напруга - за допомогою ключової схеми навантаження підмикається таким чином, щоб через нього протікав струм різних напрямків.

Якщо навантаження інвертора напруги має індуктивний або актив­но-індуктивний характер, то паралельно тиристорам вмикають зворотні діоди (VD1-VD4 на рис. 11.1,б). Цим забезпечується передача на­копичуваної в індуктивності енергії назад у джерело живлення.

Основною проблемою при проектуванні інверторів є забезпечення надійного вимикання тиристорів, що знаходяться у провідному стані, перед вмиканням тиристорів, що не проводили струм. Це реалізується використанням схем примусової комутації, що забезпечують запиран­ня тиристорів у колах постійного струму (див. пп. 2.6.2).

Зверніть увагу на те, що вентильна схема в наведених інверторах є мостовою, як і у випрямлячі (що є перетворювачем напруги змінного струму у напругу постійного струму). Звідси висновок - керовані вен­тильні схеми є зворотними. Вони можуть передавати енергію як у одно­му, так і у іншому напрямку, залежно від місця вмикання джерела і навантаження та від алгоритму керування вентилями.

L

ЗАО

ЕЛЕКТРОНІКА І МІКРОСХЕМОТЕХНІКА

11.1.2. Однофазний інвертор струму

Схема однофазного інвертора струму з трансформаторним виходом зображена на рис. 11.2 (порівняйте її зі схемою керованого випрямляча - див. рис. 9.37). Почергове вмикання тиристорів VS1 або VS2 забезпечує виникнення на навантаженні Rh змінної напруги.

Rh

■CZb

(-) (+)

+       W2 -

TV

СК

Uk1

JL

Uk2

JL

-     w'] + -    w//1 +

+

Ck

/2

VS2 + иж -

Рис. 11.2 - Однофазний інвертор струму з трансформаторним виходом Дросель L забезпечує незмінність величини струму у силовому колі. Ск - комутуючий конденсатор, що забезпечує примусове вимикання тиристорів.

Первинні півобмотки трансформатора TV w1 = w''' = w підімкнені до тиристорів VS1 і VS2 відповідно, а його вторинна обмотка w2 - до навантаження R .

н

Схема керування тиристорами СК забезпечує подачу керуючих імпульсів на тиристори (у найпростішому випадку це може бути си­метричний мультивібратор, що працює у автоколивальному режимі).

Працює інвертор таким чином.

При надходженні від СК керуючого імпульсу до VS1 він вмикається і напруга джерела живлення подається на півобмотку W . Потік у магнітопроводі трансформатора змінюється і наводить у обмотках w2 і W' е.р.с. із полярністю, що на схемі вказана без дужок. При цьому комутуючий конденсатор С , підімкнений паралельно до первинної

бмотки трансформатора, заряджається до напруги 2 U, а на наван­таженні Rh з'являється позитивний сплеск напруги.

Після закінчення проміжку часу, що відповідає позитивній півхвилі змінної напруги навантаження, СК вмикає тиристор VS2 і напруга дже­рела живлення подається на півобмотку w"r Конденсатор Ск через VS2 підмикається паралельно до VS1, причому полярність напруги на ньо­му є такою, що вимикає останній.

Полярність е.р.с., наведеної в обмотках трансформатора після вми­кання VS2, на схемі показана у дужках. Конденсатор Ск починає пере­заряджатись до напруги 2Ux із зворотною полярністю (вказана на схемі також у дужках). На навантаженні виникає негативний сплеск напруги.

По закінченні проміжку часу, що відповідає негативній півхвилі змінної напруги, СК знову вмикає тиристор VS1 і процеси повторюються.

Роботу однофазного інвертора струму ілюструють часові діаграми, наведені на рис. 11.3.

Час, протягом якого напруга між анодом та катодом тиристора, на­приклад, VS1, негативна, називається часом запи­рання:

Ізап — L вим і

де t   - час вимикання

вим

тиристора).

Якщо навантаження активне, то

U «2 і

t    =0,7ІЇС, (11.1)

де R/h=Rhu2 - опір на­вантаження, зведений до первинного кола транс­форматора (n=2w1/w2).

Якщо навантаження індуктивне, то

t3an =        ; (11.2)

uvsik

Рис. 11.3 - Часові діаграми роботи однофазного інвертора струму

Q = UC = it, звідки t

UC (11.3)

Таким чином, інвертор формує на навантаженні змінну напругу, фор­ма якої визначається формою напруги на конденсаторі Ск і залежить від величини опору навантаження. Зі збільшенням останнього стала часу заряду конденсатора тзар = СкRHn2 (де n - коефіцієнт трансфор­мації трансформатора) збільшується і форма напруги на ньому набли­жається до трикутної. її амплітуда при цьому збільшується (при збере­женні середнього за півперіода значення напруги). У результаті, при хо­лостому ході за відсутності втрат в елементах пристрою напруга на на­вантаженні і конденсаторі безмежно зростає (реально виникають значні перенапруги) - джерело струму намагається підтримувати величину струму незмінною. Це може призвести до виходу інвертора з ладу.

11.1.3. Півмостовий однофазний інвертор напруги

Схема півмостового однофазного інвертора напруги зображе­на на рис. 11.4. Силові ланцюги виділені на ній більш товстими лініями (порівняйте цю частину схеми з подвоювачем напруги - див. рис. 9.9).

І

12

і______!

VS3

(+)1'(-)

or1"2

VS4

Рис. 11.4 - Півмостовий однофазний інвертор напруги Такого типу схеми називають півмостовими, бо половину мосту в

них складають вентилі (тут - тиристори VS1 і VS2), а другу - інші

елементи (тут - конденсатори С і С2).

Решта елементів є елементами схеми примусової комутації. Так,

тиристор VS3, діод VD1 разом із комутуючими конденсатором С ідроселем Lk утворюють контур примусового вимикання тиристора VS1, a VS4 і VD2 разом із Ск і Lk - контур примусового вимикання тиристора VS2.

Почергове вмикання тиристорів VS1 і VS2 призводить до підмикан-ня до навантаження напруги конденсатора UC1 = Ux /2 (протікає струм /в1) або конденсатора С2 з такою ж напругою UC2= Ux /2 (про­тікає струм / ).

Робота схеми полягає у наступному.

Після підмикання джерела живлення і заряду конденсаторів С1 і С2 схема керування (на рисунку не показана) вмикає спочатку, наприк­лад, тиристор VS4.

Конденсатор Ск заряджається до напруги UJ2 з полярністю, вка­заною на рисунку без дужок по контуру (+С2, RH, Ск, Lk, VS4, -С2). Після закінчення заряду Ск VS4 сам вимикається, бо струм через нього зни­жується до нуля.

Це є підготовчим етапом роботи пристрою.

Далі схема керування вмикає тиристор VS1 і на навантаженні з'яв­ляється позитивна напруга (полярність вказана без дужок).

По закінченні тривалості півперіоду схема керування вмикає тирис­тор VS3.

Відкритий тиристор VS3 і зустрічно-паралельно увімкнені тиристор VS1 та діод VD1 утворюють контур коливального перезаряду конден­сатора Ск. Струм розряду Ск змінюється за синусоїдним законом, бо Lk із Ск являють собою послідовний резонансний коливальний контур:

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60 


Похожие статьи

Ю П Колонтаєвський - Електроніка імікросхемотехніка