- •1. Силовая электроника, определение, современное состояние и основные направления развития.
- •2. Основные задачи и проблемы, возникающие при проектировании силовых электронных устройств (сэу).
- •3. Обобщенная структурная схема и основные элементы сэу.
- •4. Использование сэу в системах управления, регулирования и контроля ла.
- •5. Использование сэу в системах преобразования электрической энергии на борту ла.
- •6. Обобщенная классификация сэу по различным признакам, преобразовательные сэу и сэу для получения управляющих воздействий.
- •7. Управляемые сэу, обобщенная структурная схема технологического объекта с управляемым сэу.
- •22. Характеристики выключения тиристора, время выключения (восстановление).
- •8. Классификация исполнительных сэу.
- •9. Классификация преобразовательных сэу.
- •10. Простые и комбинированные преобразователи и их структурные схемы.
- •17. Определение основных потерь в вентилях на низких частотах.
- •11. Роль эвм, микропроцессорной техники в развитии сэу.
- •12. Виды преобразования параметров электрической энергии, примеры использования преобразовательных сэу.
- •13. Основные пассивные компоненты, используемые в сэу: резисторы, конденсаторы, индуктивности, основные параметры и конструктивные особенности.
- •14. Силовые полупроводниковые приборы (спп), общие сведения, направления развития и классификация по степени управляемости.
- •15. Силовые диоды (вентили), физические основы и конструкция, система обозначений и маркировок, система параметров и характеристик, специальные группы параметров.
- •16. Эквивалентная тепловая схема силового диода, внутреннее и общее установившиеся тепловые сопротивления.
- •18. Составляющие дополнительных потерь в управляемых и неуправляемых спп.
- •19. Последовательное и параллельное соединение силовых диодов, расчет выравнивающих элементов.
- •20. Силовые стабилитроны и ограничители напряжения, условное обозначение, основные параметры и вах, области использования.
- •23. Система параметров тиристора по току и напряжению.
- •24. Система динамических параметров тиристора.
- •21. Тиристоры, структурная схема, двухтранзисторная модель и вах тиристора, условия и характеристики включения.
- •34. Принципы построения современных силовых биполярных транзисторов, основные параметры.
- •25. Характеристики управляющего перехода тиристора и параметры цепи управления.
- •26. Зависимости параметров тиристора от температуры, система обозначений и маркировок тиристора.
- •27. Базовая структура, обозначение, вах и параметры симистора, области использования симистора.
- •29. Базовые структуры и принцип действия запираемого тиристора и тиристора с комбинированным выключением.
- •28. Структура, обозначение и параметры тиристорных оптронов, области их использования.
- •33. Основные схемы устройств запирания тиристоров, определение схемного времени восстановления тиристоров.
- •30. Структура и вах тиристора-диода.
- •32. Требования, предъявляемые к управляющим импульсам тиристора, режимы работы генераторов управляющих импульсов.
- •36. Построение мощных переключающих элементов на основе пт. Преимущества и недостатки пт.
- •38. Временные диаграммы выключения igbt и зависимость напряжения открытого транзистора от температуры.
- •37. Структура, эквивалентная схема и графическое обозначение биполярных транзисторов с изолированным затвором (igbt), принцип действия, преимущества и недостатки.
- •39. Структура построения и схемы силовых полупроводниковых модулей (спм), области использования.
- •41. Структура и конструктивные особенности запираемых тиристоров типа gct и igbt, принцип действия, параметры и области использования.
- •42.Режимы работы спп в сэу и их характеристика.
- •44. Исполнительные сэу, классификация, области использования.
- •45. Импульсные усилители мощности, основные схемы, особенности работы, расчет элементов.
- •54. Преобразовательные сэу, классификация, области использования.
- •46. Способы формирования управляющих воздействий, структура управляющих схем для усилителей мощности.
- •51. Широтно-импульсные регуляторы (шир) постоянного тока, классификация, основные схемы и их особенности.
- •52. Регулировочная характеристика последовательных шир, расчет основных элементов.
- •53. Регулировочная характеристика параллельных шир, расчет основных элементов.
- •55 . Выпрямители одно и трехфазного питания, структура, классификация, основные эксплуатационные параметры и характеристики.
- •56. Основные схемы выпрямителей однофазного питания, временные диаграммы их работы на различные виды нагрузок, расчет основных параметров и характеристик.
- •1. Схема однополупериодного выпрямления
- •2. Двухполупериодная схема выпрямления с выводом нулевой точки
- •3. Однофазная мостовая схема выпрямления
- •57. Основные схемы выпрямителей трехфазного питания, временные диаграммы работы на различные виды нагрузок, расчет основных параметров и характеристик.
- •59. Временные диаграммы работы регулируемых выпрямителей трехфазного питания на различные виды нагрузок, регулировочная характеристика.
- •61. Структурные схемы систем управления регулируемыми выпрямителями и ивс, основные узлы и их реализация.
- •63. Автономные инверторы тока (аит), классификация, основные схемы, временные диаграммы работы, расчет основных параметров и характеристик, примеры использования в системах управления.
- •62. Автономные инверторы (аи), определение, назначение, классификация, области использования.
- •63. Автономные инверторы тока (аит), классификация, основные схемы, временные диаграммы работы, расчет основных параметров и характеристик, примеры использования в системах управления.
- •65. Автономные резонансные инверторы (аир), определение, классификация, физические процессы и особенности работы.
- •66. Основные схемы аир без встречных диодов, временная диаграмма работы, расчет основных параметров и характеристик, достоинства и недостатки.
- •67. Основные схемы аир со встроенными диодами и удвоением частоты, временные диаграммы работы, расчет основных параметров и характеристик.
- •68. Использование аир со встречными диодами и удвоением частоты в системах управления электротехнологических установок.
- •40. Силовые интеллектуальные приборы (сип), структура, классификация, особенности и защитные функции сип.
- •72. Структура быстродействующих систем защиты сэу при аварийных режимах, основные элементы и требования к ним.
39. Структура построения и схемы силовых полупроводниковых модулей (спм), области использования.
В модульных конструкциях соеденины транз-ры и обратные диоды. В интегральных конструкциях PIC объеденено несколько модулей, образующих преобразователь.
В общем случае могут быть реализованы одинаковые схемы, мостовая 1-фазная схема и 3-х фазная. В зависимости от назначения преобразователя зажимы переменного тока могут быть входными (выходными).
Предельно-допустимые режимы работы СПП часто опред-ся max допустимыми напряжениями и токами, рассеиваемой мощностью и допустимой температурой корпуса прибора. Причинами выхода из строя СПП часто бывают высокое обратное напряжение и перегрев прибора. В справочных данных на тран-ры обычно указываются след. праметры:
Uкэmax, Uсиmax – max допустимое постоянное напряжение;
Uкэ.и.max, Uси.и.max – max допуст. Импульсное напряжение;
Iкmax, Iкиmax: max допуст ток коллектора (стока);
постоянное или импульсное напряжение на затворе;
пост. или имп рассеиваемая мощность коллектора;
предельная темп-ра перехода или корпуса прибора;
Все параметры предельных режимов обусловлены одним из видов пробоя:
по напряжению – лавинного
по току – теплового
по мощности – достижение предельной температуры
Условно виды пробоев делят на первичные и вторичные. Первичные пробои (лавинный) явл. обратимыми, вторичные – (тепловой) необратимые, т.к. происходит физическое разрушение перехода.
Различают 3 величины напряжения лавинного пробоя:
напряжение пробоя при откл базе: Uкэо (Iб=0)
– при вкл м/у Б и Э сопротивления Rб (Rэ=0)
– при Б закороченной с Э (Rб=0)
Тепловой пробой вследствии лавинного нарастания темп-ры перехода, т.е. возрастают токи утечки и полупроводник переходит в проводящее состояние.
В реальных условиях это явление не всегда ограниченно ростом темп-ры, т.к. при более низких темп-рах может наблюдаться резкая зависимость от темп-ры коэф-та передачи тока или предельного рабочего напряжения.
Рассеяние мощности max когда тран-р находится во вкл состоянии или выключается. При высокой частоте коммутации потери растут пропорционально частоте. С увеличением потребляемой мощности растет темп-ра СПП.
Для оценки теплового режима работы СПП исп-ют понятие теплового сопротивления: сопротивление эл-та СПП распространению теплового потока от коллекторного перехода к корпусу или в окр среду.
Вторичный пробой часто возникает после развития одного из первичных пробоев или минуя их (в области высоких напряжений на коллекторе и связано с развитием «токового шнура»). При этом коллекторный ток проплавляет К и замыкает его с Б. Для развития вторичного пробоя требуется от 1 до 100 мкс. При развитии вторичного пробоя с цепи Б возникают автоколебания большой частоты, к-ые могут быть использованы для определения опасного режима работы СПП и его защиты.
Рис. 1.1. Области применения новейших силовых полупроводниковых приборов
Как показано на рис.1.1, различные системы могут быть реализованы с помощью MOSFET (МОП-транзисторы) или IGBT (биполярные транзисторы с изолированным затвором), которые появились в середине 80-х. Сравнивая с другими коммутационными силовыми полупроводниками, например, такими как традиционные GTO-тиристоры, эти типы транзисторов имеют некоторые преимущества в применении, такие как активное выключение даже в случае к.з., функционирование без снабберов, простая схема управления, короткое время переключения, и поэтому сравнительно низкие потери.
Производство IGBT и MOSFET сравнительно простое и является предпочтительным, может быть просто организовано с помощью современных технологий микроэлектроники. Это преимущественно благодаря быстрому развитию IGBT и силовых MOSFET, так как силовая электроника продолжает открывать новые рынки сбыта. Биполярные транзисторы высокого напряжения, которые были еще очень популярны несколько лет назад, на данный момент практически полностью вытеснены транзисторами IGBT.
Наиболее часто применяются транзисторы на несколько десятков ампер, на кремниевом кристалле, который интегрирован в беспотенциальный силовой модуль. Этот модуль содержит один или несколько транзисторов, диоды (рекуперационные) и, при необходимости, пассивные элементы, а также «интеллект», см. главы 1.4-1.6.
Несмотря на недостатки одностороннего охлаждения, силовые модули поддерживают свое влияние в высокомощной электронике, хотя существуют дисковые IGBT с диодами, способные рассеять на 30 % тепла больше благодаря двустороннему охлаждению. Это главным образом благодаря «интеграции», необходимой изоляции кристалла от теплоотвода, различными комбинациями компонентов в модуле и низкой ценой благодаря серийному производству, за исключение их простого монтажа.
Сегодня IGBT модули производятся на прямые напряжения 6.5 кВ, 4.5 кВ, 3.3 кВ и 2.2 кВ, например 3.3 кВ/2.4 кА. Преобразователи на IGBT (многоуровневое переключение и IGBT в последовательном соединении) мегаваттные, для более чем 6 кВ источников напряжения могут быть изготовлены уже сейчас. С другой стороны, MOSFETы разрабатывались для еще более высоких частот; при больших токах можно получить более 500 кГц с соответствующей схемой.