MU_k_PZ_SE

7.Назовите разновидности высокочастотных силовых диодов и их

отличия.

8.Устройства и принцип действия обычного(ассиметричного)

тиристора.

9.Объясните вид выходной ВАХ тиристора.

10.Каково назначение диаграммы управления и как ею пользоваться?

11.От чего и как зависит переходный процесс при включении

тиристора?

12.Как протекает процесс выключения тиристора?

13.Почему напряжение на тиристоре не может нарастать слишком

быстро?

14.Перечислите основные параметры тиристоров(по току, напряжению, динамические и цепи управления) .

15.Какие разновидности тиристоров вы знаете ? Область их применения.

11

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №2

Расчет элементов схем силовых ключей. 1 Общие положения

Транзисторный ключ (ТК) выполняет функцию электронного коммутатора электрической цепи. ТК строятся на биполярных и полевых транзисторах по схемам с общим эмиттером (истоком).

На рис. 5 представлена электрическая схема ТК, реализованная на биполярном транзисторе с общим эмиттером.

Рисунок 5 - Электрическая схема транзисторного ключа

Коммутирующий транзистор VT1 работает в ключевом режиме.

При отсутствии входного сигнала управления Uвх 0 транзистор VT1 закрыт: ток в цепи базы Iб 0 , ток коллектора Ik Iá 0 , а напряжение между коллектором и эмиттером равно напряжению источника питания EnUk En Ik Rk En , где Ik Iá статический коэффициент передачи

тока базы транзистора VT1. При наличии сигнала

статический потенциал

d

управления

открытого

Uвх , уровень которого превышает перехода эмиттер-база Uвх d ,

транзистор VT1 входит в режим насыщения – потенциал коллектора

Uk

стремится к остаточному напряжению Uост , коллекторный ток нагрузки

I	k

E	n

U	ост	R	k

(у биполярных транзисторов

U	ост

0,1...1,0В

; для германиевых

транзисторов d 0.3...04B; для кремниевых транзисторов d 0.6...08B ).

Таким образом, потенциалы Uвх и Uk	находятся в противофазе: Uвх 0
соответствует сигналу «логического «0»,	Uk En соответствует сигналу

логической «1».

На рис. 6 показана эквивалентная схема ТК. В этой схеме резистор re в

эмиттерной цепи транзистора VT1 учитывает сопротивление эмиттера постоянному току.

12

Рисунок 6 - Эквивалентная схема ТК

Параметр

re

зависит от абсолютной температуры T и эмиттерного тока

I

э

: r

T

I

э

, где

T

k T e RT F – температурный потенциал;

e

R 8,314, Дж моль К –

k 1,381 10

23

, Дж К – постоянная Больцмана;

универсальная газовая постоянная; e 1,602 10

19

, Кл

– элементарный заряд

электрона;

F 9,6484 10

4

, Кл моль – число Фарадея.

Резистор

R b ограничивает ток базы

Iб и предотвращает пробой

эмиттерного перехода транзистора VT1 входным сигналом

Uвх . При

фиксированных значениях параметров Uвх , Iб

резистор R b определяется из

второго закона Кирхгофа: Uвх Iб Rб d T ,

Rб Uвх d T

Iб .

2 Цель и программа работы

Цель работы - ознакомиться с методикой расчета силовых электронных ключей.

Программа работы:

1.Ознакомиться с устройством, назначением и основными параметрами силовых электронных ключей.

2.Ознакомиться с основными положениями расчетов элементов схем электронных ключей.

3 Методика расчета элементов схемы силового электронного ключа

1. Выбор параметров транзистора VT1 (Табл. 1).

2. Расчет статического коэффициента передачи тока эмиттера

1 .

3. Расчет требуемого тока коллектора Ik (тока нагрузки)

Ik En Uост Rk .

4.Расчет требуемого тока эмиттера Iэ

13

Iэ

5.Расчет требуемого тока базы

I	б

Ik	.
Iб	(тока управления)
Ik	.

6.	Расчет температурного потенциала T
	T k T e RT F .
7.	Расчет сопротивления вывода эмиттера re
	re T Iэ .
8.	Расчет ограничивающего резистора R á
	Rб Uвх d T Iб .
9.	Расчет мощности ограничивающего резистора R á
	2
	PRб Iб R б .

10.Расчет входного сопротивления транзисторного ключа Rвхтк

	R	тк
		вх

R	б

1 re

.

Варианты заданий к практическому занятию

Таблица 1 - Варианты заданий

	№	Характеристические параметры			Вариант
	1	Проводимость транзистора			«p-n-p» – нечетный;
					«n-p-n» – четный
		Коэффициент передачи тока базы			Выдается
	2				индивидуально
		транзистора
					преподавателем
		Ток эмиттера транзистора в			Выдается
	3				индивидуально
		статическом режиме (мА.10-1)
					преподавателем
		Остаточное напряжение на			Выдается
	4				индивидуально
		коллекторе транзистора (В.10-2)
					преподавателем
					две последних
	4	Температура транзистора (	0	C )	цифры зачетной
					книжки
					Выдается
	5	Сопротивление нагрузки (Ом)			индивидуально
					преподавателем
					две последних
	6	Напряжение питания (В.10-1)			цифры зачетной
					книжки

14

Контрольные вопросы

1.Что такое ключевой режим и каковы его преимущества?

2.Какие участки ВАХ важны в ключевом режиме?

3.Поясните вид идеальной характеристики транзисторного ключа.

4.Назовите основные параметры транзисторов.

5.Укажите порядок величин основных параметров мощных транзисторов.

6.Сравните параметры транзисторов, имеющих различные принципы действия.

7.От чего и как зависит переходный процесс при переключении транзисторного ключа?

8.Что такое защищѐнный транзисторный ключ?

15

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №3

Расчет элементов трехфазного управляемого выпрямителя

1 Общие положения

Трехфазные схемы выпрямления питаются от сети трехфазного переменного напряжения и принимаются в основном в установках средней и большой мощности. Трехфазные схемы позволяют решить следующие задачи:

снизить пульсации выпрямленного напряжения;

улучшить гармонический состав потребляемого из сети тока;

уменьшить типовую (расчетную) мощность трансформатора. Обычно в качестве фильтра в выпрямителях большой мощности

используют простой индуктивный фильтр, так как при увеличении частоты пульсации выходного напряжения даже при небольших индуктивностях реактора в цепи нагрузки можно получить заданные коэффициенты пульсации.

Трехфазная мостовая схема выпрямления (схема Ларионова) приведена на рис. 7 а, а временные диаграммы токов и напряжений при Ld = ∞ — на рис. 7 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

асамая положительная, а c— самая отрицательная, то ток проходит от фазы

ачерез 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 проводи-

мости. 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 = ∞, принимая допущения об идеальности вентилей и трансформатора.

Среднее значение идеального выпрямленного напряжения в многофазной схеме

									√
		∫ √										.	(1)
В трѐхфазной мостовой схеме m=6, тогда
,										(2)

16

где U2л — линейное напряжение на вторичной стороне трансформатора.

Среднее значение выпрямленного тока

.

(3)

Рисунок 7 - Трехфазная мостовая схема выпрямления (схема Ларионова) (а) и диаграммы токов и напряжений, иллюстрирующие ее

работу при Ld = ∞(б)

Среднее и амплитудное значения тока через вентиль

	;	.	(4)

Амплитуда напряжения на вентиле

17

√ √			.		(5)

Действующее значение вторичного напряжения, с учетом (6)

						.								(6)
Действующее значение вторичного тока, с учетом диаграммы
√									√		.				(7)
Действующее значение первичного тока
					.									(8)
Действующее значение первичного фазного напряжения
U1=U2n.														(9)
Расчетная мощность					обмоток и расчетная (типовая)										мощность
транс
форматора
											√			.	(10)

2 Цель и программа работы

Цель работы - ознакомиться с методикой расчета элементов трехфазного выпрямителя.

Программа работы:

1.Ознакомиться с устройством, назначением и основными параметрами трехфазного выпрямителя.

2.Ознакомиться с основными положениями расчетов элементной базы трехфазного выпрямителя.

Пример расчетной части тиристорного УВ

1.Электрический расчет управляемого выпрямителя.

1.1Определение требований вентилям

В качестве примера выполним расчет трехфазного управляемого выпрямителя, работающего на активно-индуктивную нагрузку, удовлетворяющего следующим техническим требованиям:

- напряжение питающей сети – 380В; -номинальный выпрямленный ток – 180А; -номинальное выпрямленное напряжение – 400В; -длительно допустимый выпрямленный ток – 250А; -максимальный ток – 400А;

Расчет управляемого выпрямителя производим по методике изложенной во втором пункте.

18

Iв.ср

1.1.1. Определяем максимальное обратное напряжение на тиристоре.

Uобр. max = k01 · Udн

где k01 – коэффициент напряжения, равный π/3 = 1,047 Udн – номинальное выпрямленное напряжение

Uобр. max = 1,047·400=418,8 В

1.1.2. Определяем максимальное прямое напряжение на тиристоре

Uпр.max= k01· Udн

Uпр.max =1,047·400=418,8 В

1.1.3. Определяем средней ток тиристора

Iв.ср.= kв·Idн

где kв – коэффициент среднего тока тиристора, равный 1/3=0,333 Idн – номинальный выпрямленный ток

= 0,333·180=59,94 А

1.1.4. Определяем максимальный ток тиристора

Iв.max = kв· Id.max

где Id.max – максимальный ток

Iв.max = 0,333·400=133,3 А

1.1.5. Определяем действующее значение тока тиристора

Iв. = kвд· Id.н

где kвд – коэффициент действующего значения тока тиристора, равный

1/√ = 0,58

Iв. = 0,58·180 = 104,4 А

Выбираем тиристор на периодически повторяющееся напряжение 500В и на средний ток более 59,94А по справочнику.

Тиристором, удовлетворяющем данным требованиям является тиристор типа Т-100-5-323.

Таблица 2 - Параметры тиристора Т-100-5-323

Параметр

Предельный ток тиристора Inк, А

Повторяющееся напряжение Un, В

	Критическая скорость нарастания прямого тока (	dI	)кр, А/мкс
		dt

Максимально допустимая температура структуры [Θрп], ºС

Действующее значение тока, А

Прямое падение напряжение ΔU, В, при токе Inк

Отпирающий ток управления Iу, мА, при температуре 25°С и Unp = 12 В, не более

Отпирающее напряжение управления Uy, В, при температуре 25°С и Unp = 12 В, не более

Значение

100

500

70

125

58

0,85

300

6

19

Время выключения t», мкс

	Критическая скорость нарастания прямого напряжения (	dU
		dt

Ток удержания Iудерж, мА, при температуре 25ºС, не более

)кр, В/мкс

100

50

220

1.1Определение требований к трансформатору

1.1.1 Определяем напряжение на вторичной обмотке трансформатора.

U2ɸ= Udн / α

где α – коэффициент выпрямленного напряжение, равный 1,35

U2ɸ = 400 / 1,35 = 296, 296 В

1.2.2. Определяем полную мощность трансформатора

ST = .kT · Udн · Idн

где .kT – типовой коэффициент мощности трансформатора, равный

1,045

ST = 1,045 · 400 · 180 = 75240 Вт

1.2.3. Определяем ток первичной обмотки трансформатора

II = kI · (U2ɸ / U1ɸ)· Idн

где kI – коэффициент тока первичной обмотки, равный 0,82 U1ɸ - фазное напряжение первичной обмотки

II = 0,82·(296,296/(380/√ ))·180=199,101А

В соответствии с расчетными данными по справочнику 4, выбираем трансформатор типа ТМ-100Т.

1.2Расчет элементов защиты

1.2.1 Расчет элементов защиты от аварийных токов.

Так как тиристорный выпрямитель работает на активно-индуктивную нагрузку и имеет малую мощность, то можно не разрабатывать устройство защиты от аварийных токов.

1.2.2 Расчет элементов и защиты от перенапряжений.

Роль элементов защиты тиристоров от перенапряжений выполняют элементы R и C включенные параллельно тиристорам

Рассчитаем постоянную времени RC – цепочки по формуле

(dU/dt)кр.= (0,632·Uуст) / Ʈ

где (dU/dt)кр – критическая скорость нарастания прямого напряжения на тиристоре

Uуст – прямое напряжение на тиристоре

Ʈ – постоянная времени RC – цепочки. Ʈ=(0,632· Uуст)/ (dU/dt)кр Ʈ=0,632·418,8/50=5,29 мкс

ƮД=4· Ʈ ƮД=4·5,29=21,16 мкс

20