Полупроводниковые электрические аппараты

Июль 26, 2022

Главная
Разное
Полупроводниковые электрические аппараты

Содержание

2. Выключатели переменного тока
3. Основные разделы курса Параметры и характеристики полупроводниковых приборов. Коммутационные характеристики электронных аппаратов переменного и постоянного тока
4. Литература Полупроводниковые электрические аппараты: Учебное пособие для вузов/Г.А.Кукеков, К.Н.Васерина, В.П.Лунин. – Л.: Энерглатомиздат. 1991г. Электрические электронные
5. Полупроводниковые ключи 12кВ 20кВ 24кВ
6. Преимущества ПА Два устойчивых состояния: проводящее и непроводящее Быстрый переход из одного состояния в другой по
7. Недостатки ПА Выдерживают меньшие перегрузки по току Чувствительны к перенапряжениям Значительные потери полупроводниковых приборов во включенном
8. Классификация ПА
9. Области применения ПА 1- 4 – области применения полупроводниковых и комбинированных аппаратов 5 - области применения
10. Области применения полупроводниковой элементной базы в зависимости от частоты GTO (GCO) – запираемые тиристоры (Gate Commutated
11. Энергетические показатели качества электромагнитных процессов Коэффициент преобразования (транспортирования) эл. энергии: КU = Uвых /Uвх, Кi =
12. Характеристики и параметры полупроводниковых приборов Биполярные транзисторы. Принципиальным отличием является то, что для них необходимо наличие
13. Полевые транзисторы с изолированным затвором - MOSFET Принципиальным отличием является один тип носителя тока. Проводимость модулируется
14. Достоинством полевых транзисторов является отсутствие затрат мощности на управление и высокое быстродействие в результате переноса тока
15. Комбинированный транзистор, конструктивно объединяющий полевой транзистор на входе и биполярный транзистор на выходе. Называется: биполярный транзистор
16. Схематический разрез структуры IGBT Процесс включения состоит из двух этапов: при подаче полож. напряжения между затвором
17. Транзисторы IGBT 4-го поколения коммутируют цепи с напряжением 4500 В и током до 1800 А, время
18. Принципиальная схема драйвера для управления IGBT Высокие динамические характеристики прибора ведут к росту потерь проводимости
19. Температурная зависимость IGBT С ростом температуры увеличивается время выключения и растут потери при коммутации
20. Технологическая схема IGBT Структура образует два биполярных транзистора имеющих внутреннюю положительную обратную связь, т.к. Ток коллектора
21. Модуль прижимной W – 75…150 кГц, U – 10…75 кГц, F – 3…10 кГц, S –
22. IGBT - модули IGBT в настоящее время выпускаются в модульном исполнении в прямоугольных корпусах или таблеточном
23. Модули IGBT 1. Коммутируемые токи до 2000 А; 2. Напряжение – 5-7кВ; 3. Плотности тока ниже
24. Параллельное соединение IGBT
25. Трехфазный мост
26. Выключатель переменного тока
27. Преобразователь постоянного напряжения в переменное заданной частоты (с выходом на постоянном токе)
28. Тиристор – четырехслойный полупроводниковый прибор, находящийся в двух устойчивых состояниях: закрытом и открытом К переходам П1
29. Работа тиристора определяется вольт - амперной характеристикой iA – анодный ток СПП (iT) , U(BO) –
30. Тепловые параметры тиристоров Температура – основной критерий работоспособности СПП и стабильности характеристик в течении всего срока
31. Переходное тепловое сопротивление: ZT = [TJ (t) – Ta]/ Pmax, TJ (t) – мгновенная температура структуры
32. Параметры СПП (характеризуются статическими и динамическими параметрами) IП – предельный ток, это максимально допуст. ток за
33. ID – ток утечки, протекающий через СПП при приложении прямого напряжения (t – max); IL –
34. UDSM – неповторяющееся напряжение это наибольшее мгновенное переходное напряжение, прикладываемое к прибору в закрытом состоянии; UDWM
35. Эксплуатационные параметры для тока: Iр. п.- ток рабочей перегрузки, это ток перегрузки, протекающий через прибор, непосредственно
36. Iа. п. – ток аварийной перегрузки, это ток протекание которого вызывает превышение максимально допустимой температуры полупроводниковой
37. Характеристики управления - определяются свойствами прилегающих к переходу П3 слоев Из-за разброса вольт - амперных характеристик
38. Динамические характеристики тиристоров t g – время включения (от момента подачи импульса управления до снижения анодного
39. t q – время выключения (от момента перехода тока через нуль до восстановления запирающих свойств тиристора)
40. Электрические потери при работе тиристора Суммарные потери за период работы тиристора Дополнительные потери: - потери от
41. Примеры типов тиристоров ТБИС-800-14 (tq = 6.3-12.5 мкс; di/dt = 1600 A/мкс; dU/dt = 1000 B/мкс)
42. Аппараты НН ПЭА постоянного тока С колебательной перезарядкой С к Выключение с помощью С к
43. Диаграмма схемы с искусственной коммутацией
44. Выключатель постоянного тока
45. Диаграмма работы ВПТ
46. Определение минимальной емкости конденсатора Напряжение разрядки конденсатора: откуда: Напряжение на С к и тиристоре VS1: -
47. Выключатель с двухступенчатой коммутацией Ток зарядки Ck: L1,L2,VS5, Ck, VS2, L3 2. При КЗ включаются VS3
48. Диаграмма двухступенчатой коммутации При Um1 включается VS5 При U0 ток протекает по цепи: R1, VS5, Ck,
49. Выключатели переменного тока
50. Контактор переменного тока
51. Выключатель с фазовым регулированием тока
52. Комбинированные (гибридные) аппараты
53. Гибридный контактор
54. Параллельное соединение СПП
55. Индуктивный делитель тока
56. Влияние температуры на пере – распределение тока
57. Защита СПП от перенапряжений
58. Полупроводниковые аппараты высокого напряжения
59. Последовательное соединение СПП
60. U – максимально допустимое напряжение на одном тиристоре; Um – максимально допустимое напряжение на тиристорном блоке;
61. Восстановление запирающей способности послед. соединенных тиристоров
62. Системы управления тиристорами Амплитуда тока и напряжения, Длительность импульса, Скорость нарастания тока управления Требования, предъявляемые к
63. Формирователи импульсов управления Прямоугольный, Трапецеидальный, Треугольный, экспоненциальный
64. Управление последовательно соединенной группой тиристоров
65. Одновременное управление большой группой тиристоров
66. Одновременное управление большой группой тиристоров
67. Способы управления высоковольтными выключателями
68. Контроль состояния тиристоров
69. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ – в выпрямительном и инверторном режимах с естественной коммутацией, обеспечивающие передачу энергии в обоих направлениях
70. Инверторы тока - преобразуют энергию постоянного тока в энергию переменного тока с заданной частотой и амплитудой
71. Транзисторный инвертор напряжения В трехфазных инверторах полярности фазных напряжений на стороне переменного тока должны циклически меняться.
72. Транзисторный инвертор напряжения с выходом на постоянном токе
73. Среднее значение выходного напряжения выпрямителя и тока нагрузки где – число витков первичной и вторичной обмоток
74. Трехфазное реле тока
75. Реле тока с выдержкой времени
77. Скачать презентацию

Слайд 2

Выключатели переменного тока

Слайд 3

Основные разделы курса
Параметры и характеристики полупроводниковых приборов.
Коммутационные характеристики электронных аппаратов переменного

и постоянного тока
Комбинированные контактно-электронные аппараты
Системы управления электронными и комбинированными аппаратами

Слайд 4

Литература
Полупроводниковые электрические аппараты: Учебное пособие для вузов/Г.А.Кукеков, К.Н.Васерина, В.П.Лунин. – Л.:

Энерглатомиздат. 1991г.
Электрические электронные аппараты: Учеб. Для вузов /Под ред. Ю.К. Розонова/, М.: Энергоатомиздат, 1998г.

Слайд 5

Полупроводниковые ключи
12кВ
20кВ
24кВ

Слайд 6

Преимущества ПА
Два устойчивых состояния: проводящее и непроводящее
Быстрый переход из одного состояния

в другой по команде
Бездуговая коммутация электрических цепей
Повышенный срок службы аппаратов с коммутацией номинального тока более 107 раз
Отсутствие подвижных частей (контактов), приводных устройств и механизмов
Отсутствие эрозии, шума, выбросов газа
Многофункциональность, частота коммутаций

Слайд 7

Недостатки ПА
Выдерживают меньшие перегрузки по току
Чувствительны к перенапряжениям
Значительные потери полупроводниковых приборов

во включенном состоянии
Значительный рост стоимости с увеличением номинальных значений тока и напряжения

Слайд 8

Классификация ПА

Слайд 9

Области применения ПА
1- 4 – области применения
полупроводниковых и комбинированных
аппаратов
5 -

области применения вакуумных
выключателей

6 – области применения элегазовых
выключателей

Слайд 10

Области применения полупроводниковой элементной базы в зависимости от частоты
GTO (GCO)

– запираемые тиристоры
(Gate Commutated Thyristor)

BPT – биполярные транзисторы

MOSFET - транзистор с изолирован-
ным затвором (Metall Oxide
Semiconductor Fild Effect Thyristor)

IGBT - биполярный транзистор с
изолированным затвором (lsolated
Gate Bipolar Thyristor), полевой +
биполярный транзисторы

Слайд 11

Энергетические показатели качества электромагнитных процессов
Коэффициент преобразования (транспортирования) эл. энергии:
КU =

Uвых /Uвх, Кi = Iвых /Iвх
Коэффициент искажения тока и напряжения:
νi = I(1) /I, где I(1) – действующее значение первой гармоники тока
Коэффициент сдвига тока отн. напряжения по 1-й гармонике:
cos ϕ(1) = P(1) / Ц(Р2(1) +Q2(1))
Коэффициент мощности:
χ = P/S = [EI(1) cos ϕ(1)] / EI = νi cos ϕ(1)
Коэффициент полезного действия:
η = Рвых /Рвх
Энергетический коэффициент полезного действия:
ηэ = Рвых /Sвх = χη
Удельные потери мощности: q = (Pвх – Рвых)/ S

Слайд 12

Характеристики и параметры полупроводниковых приборов
Биполярные транзисторы. Принципиальным отличием является то, что

для них необходимо наличие сигнала управления в течение всего времени
прохождения через транзистор тока. Предельные эл. параметры транзистора
зависят от его типа. Проводимость электронная и дырочная.

Ток – сотни ампер,
Напряжение – сотни вольт

Частота – единицы кГц

Б – рабочая точка, при этом ток базы не меньше -

А – транзистор выключен

Слайд 13

Полевые транзисторы с изолированным затвором - MOSFET
Принципиальным отличием является один тип

носителя тока. Проводимость модулируется с помощью электрического поля, прикладываемого к каналу в поперечном направлении посредством электрода – затвора.

Со встроенным каналом:

С индуцированным каналом:

Слайд 14

Достоинством полевых транзисторов является отсутствие затрат мощности
на управление и высокое быстродействие

в результате переноса тока
носителями одного знака, что позволяет их использовать на большие
Частоты. Недостатком является низкое напряжение и соответственно мощность приборов.

Со встроенным каналом

С индуцированным каналом

Внешние характеристики MOSFET

Слайд 15

Комбинированный транзистор, конструктивно объединяющий полевой транзистор на входе и биполярный транзистор

на выходе. Называется: биполярный транзистор с изолированным затвором IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor)

Преимуществом полностью управляемых транзисторов является легкость управления и низкие потери при работе транзистора.

Включение и выключение осуществляется
Подачей и снятием положительного напряжения
между затвором и истоком

Слайд 16

Схематический разрез структуры IGBT
Процесс включения состоит из двух этапов:
при подаче полож.

напряжения между
затвором и истоком происходит открытие
полевого транзистора (формируется канал n-);
2. движение зарядов из области n в область р
приводит к открытию биполярного транзистора
Выключение – обратное напряжение на затвор

Слайд 17

Транзисторы IGBT 4-го поколения коммутируют цепи с напряжением 4500 В и

током до 1800 А, время выключения от 0,2 мкс до 1,5 мкс

Управление напряжением на затворе (11-15)В для уменьшения потерь
при включении с ростом di/dt:

Слайд 18

Принципиальная схема драйвера для управления IGBT
Высокие динамические характеристики прибора ведут к

росту
потерь проводимости

Слайд 19

Температурная зависимость IGBT
С ростом температуры увеличивается время выключения и растут потери

при коммутации

Слайд 20

Технологическая схема IGBT
Структура образует два биполярных
транзистора имеющих внутреннюю
положительную обратную

связь, т.к.
Ток коллектора одного транзистора
влияет на ток базы другого
транзистора и наоборот.

i k2 = iЭ2 β2 , ik1=iЭ1 β1 ,
iЭ =ik1 + ik2 + i C

i c = i Э(1 - β1 − β2 )

Регулировкой R1 u R2 управляют
β2 и β1

i k = SUЗЭ / 1- (β1 + β2 )

Слайд 21

Модуль прижимной
W – 75…150 кГц, U – 10…75 кГц, F –

3…10 кГц, S – 1…3 кГц

Недостаток: критичен к обратному напряжению

Слайд 22

IGBT - модули
IGBT в настоящее время выпускаются в модульном исполнении в

прямоугольных корпусах или таблеточном исполнении
IGBT – модуль по внутренней схеме может быть единичный, два модуля, соединенных последовательно; прерыватель; однофазный или трехфазный мост и т.д., однако во всех случаях имеется обратный диод

Мощность потерь:

РD = ( t J – t a )/ RJC

Слайд 23

Модули IGBT
1. Коммутируемые токи до 2000 А;
2. Напряжение – 5-7кВ;
3. Плотности

тока ниже тиристоров;
4. Легкость управления;
5. Критичны к перенапряжениям

Слайд 24

Параллельное соединение IGBT

Слайд 25

Трехфазный мост

Слайд 26

Выключатель переменного тока

Слайд 27

Преобразователь постоянного напряжения в переменное заданной частоты (с выходом на постоянном

токе)

Слайд 28

Тиристор – четырехслойный полупроводниковый прибор, находящийся в двух устойчивых состояниях: закрытом

и открытом

К переходам П1 и П3 подведено прямое напряжение, к переходу П2 – обратное.

Через переход П2 проходит ток коллекторов двух транзисторов (ток дырок и электронов). В результате суммарный ток: i = I0 + Iк 1 + Iк 2;(α 1 IЭ 1 + α 2 IЭ 2)

Так как IЭ 1 = IЭ 2 = i, то: i = I0 / 1-(α 1 + α2)

Слайд 29

Работа тиристора определяется вольт - амперной характеристикой
iA – анодный ток СПП

(iT) ,
U(BO) – напряжение переключения,
iG = iу – тока управления,
UТ0 –пороговое напряжение,
U(BR) – макс. обратное напряжение,
uD – напряжение на тиристоре в закрытом состоянии,
UП (URRM) – повторяющееся напряжение,
uR – обратное напряжение,
iL – ток включения,
iH – ток удержания

i = Iу α1 + I0 / 1-(α 1 + α2)

При обратном напряжении переход П2 смещен в прямом направлении,
а два крайних - в обратном

ТБ253-1250-15-432 - (4-dU/dt), (3-tвыкл), (2-di/dt)

Слайд 30

Тепловые параметры тиристоров
Температура – основной критерий работоспособности СПП и стабильности характеристик

в течении всего срока службы;
Минимальная температура – 40…50 0С;
Максимальная рабочая температура + 125…190 0С;
Эквивалентная температура – усредненная по площади стр.;
Установившееся тепловое состояние:
TJ – Tc = Pе RB
Tc – температура корпуса, Ре - суммарные потери мощности,
RB – внутреннее установившееся тепловое сопротивление:
RB = (TJ - Tc )/ Pе
С учетом охладителя (радиатора) общее тепл. сопротивление:
RT = RB + Rc – 0 + R0 – a
Rc – 0 – тепловое сопротивление между охладителем и СПП,
R0 – a – тепловое сопротивление между охладителем и окружающей ср.

Слайд 31

Переходное тепловое сопротивление:
ZT = [TJ (t) – Ta]/ Pmax,
TJ

(t) – мгновенная температура структуры СПП;
Внутреннее переходное сопротивление:
ZВ = [TJ (t) – TС ]/ Pmax

Зависимость переходного теплового сопротивления от длит. прот. тока

1 – скорость обдува
воздухом – 0,
2 – 6 м/с,
3 – 12 м/с

Слайд 32

Параметры СПП (характеризуются статическими и динамическими параметрами)
IП – предельный ток,

это максимально допуст. ток за период, длительно протекающий через СПП, допускающий макс. нагрев структуры:
rT – динамическое сопротивление СПП,
kф – коэффициент формы тока (IД /I0)

Слайд 33

ID – ток утечки, протекающий через СПП при приложении прямого напряжения

(t – max);
IL – ток включения, это наименьший анодный ток, необходимый для поддержания СПП в открытом состоянии после снятия имп. управления;
IR – обратный ток;
IH – ток удержания тиристора в открытом состоянии при разомкнутой системе управления;
U(BO) – напряжение переключения, это то напряжение, при котором тиристор переходит во включенное состояние при разомкнутой цепи управления (t – max);
U(BR) – максимальное обратное импульсное напряжение, соотв. загибу обратной характеристики СПП (соответствует допустимому обратному значению тока) (t – max);
UП – повторяющееся импульсное напряжение, это наибольшее мгновенное напряжение, которое прикладывается к прибору в закрытом состоянии в любом направлении. Этот параметр определяет класс прибора (UП /100)

Слайд 34

UDSM – неповторяющееся напряжение это наибольшее мгновенное переходное напряжение, прикладываемое к

прибору в закрытом состоянии;
UDWM – рекомендуемое рабочее напряжение, это амплитудное значение синусоидальной формы напряжения, прикладываемого к тиристору в прямом и обратном направлении при отсутствии повторяющихся напряжений;
UTM – прямое падение напряжения, это мгновенное значение напряжение на тиристоре при прохождении прямого тока;
π IП = IA – амплитудное значение прямого тока

Слайд 35

Эксплуатационные параметры для тока:
Iр. п.- ток рабочей перегрузки, это ток перегрузки,

протекающий через прибор, непосредственно действующий после тока, меньшего предельного, длительное протекание которого может вызвать превышение допустимой температуры структуры СПП, но ограничен во времени и перегрев структуры не происходит. После протекания этого тока допускается приложение обратного напряжения.

Т123-320

V – 12м/с

Слайд 36

Iа. п. – ток аварийной перегрузки, это ток протекание которого вызывает

превышение максимально допустимой температуры полупроводниковой структуры, поэтому допускается лишь ограниченное число коммутаций такого тока за весь срок службы СПП. Прибор может кратковременно утратить запирающую способность, поэтому допускается приложение обратного напряжения 80% от Uп

- ITSM – ударный неповторяющийся ток, это
максимально допустимая амплитуда тока
синусоидальной формы, длительностью 10 мс без последующего приложения обратного напряжения. По этим параметрам устанавливается защита СПП.

Слайд 37

Характеристики управления - определяются свойствами прилегающих к переходу П3 слоев
Из-за

разброса вольт - амперных характеристик устанавливают диаграмму управления:

1-2 – предельные вольт – амперные
Характеристики,
UG m, IG m – максимальное напряжение
и тока цепи управления,
UG min, IG min – наименьшее напряжение
и ток управления (U a = 12B, t0 – var.),
UG D, IG D – максимальное напряжение
и ток, при которых тиристор не
включается,
PG m – максимально допустимая
мощность цепи управления,
3 – нагрузочная характеристика
(должна проходить выше заштрихо-
ванной области)

Слайд 38

Динамические характеристики тиристоров
t g – время включения (от момента подачи импульса

управления до снижения анодного напряжения – 10%U a ):
t g = t gd + t gr
t g d – время задержки включения тиристора,
t g r – время снижения напряжения до 10%U a

Слайд 39

t q – время выключения (от момента перехода тока через нуль

до восстановления запирающих свойств тиристора)

t s – время от перехода тока через нуль до I R m
(время запаздывания обратного напряжения)

Q r – накопленный заряд неосновных носителей,
t r – время восстановления запирающих свойств
тиристора,
t f - время спада обратного тока,
dU/dt – допустимая скорость нарастания
напряжения не приводящая к переключению СПП,
di/dt – допустимое значение скорости
нарастания тока (скорость распространения
Включенного состояния 0.1 мм/мкс)

Слайд 40

Электрические потери при работе тиристора
Суммарные потери за период работы тиристора
Дополнительные потери:
-

потери от тока утечки в прямом направлении

- потери от обратного тока утечки

- коммутационные потери при включении

- коммутационные потери при выключении

- потери в цепи управления тиристора

(90%+10%)

Слайд 41

Примеры типов тиристоров
ТБИС-800-14 (tq = 6.3-12.5 мкс; di/dt = 1600 A/мкс;

dU/dt = 1000 B/мкс) – 190 Е
Т173-3200-10 (di/dt=400 A/мкс; dU/dt=1000 B/мкс)
Т753-500-60 (tq = 500-600 мкс; di/dt = 630 A/мкс; dU/dt = 1000 B/мкс)
ТБИ 273-2000-22 (tq = 22-50 мкс; di/dt=1600 A/мкс; dU/dt = 1000 B/мкс) – 390 Е
ТБИ 153-400-11 (di/dt=1600 A/мкс; dU/dt = 1000 B/мкс) – 62 Е
диаметр – «3» - 32 мм, «4» - 40 мм, «5» - 56 мм, «7» - 80 мм

Слайд 42

Аппараты НН ПЭА постоянного тока
С колебательной перезарядкой С к
Выключение с помощью С

Слайд 43

Диаграмма схемы с искусственной коммутацией

Слайд 44

Выключатель постоянного тока

Слайд 45

Диаграмма работы ВПТ

Слайд 46

Определение минимальной емкости конденсатора
Напряжение разрядки конденсатора:
откуда:
Напряжение на С к и тиристоре

VS1:

- время при котором напряжение на VS1 равно нулю, тогда:

После логарифмирования:

поскольку

Тиристор выключится при

Минимальная емкость конденсатора

Слайд 47

Выключатель с двухступенчатой коммутацией
Ток зарядки Ck:
L1,L2,VS5, Ck, VS2,
L3
2. При КЗ включаются

VS3 u VS4 и тиристор VS1 выключается

1. Вкл. VS2 u VS5

3. Ск перезаряжается до Um1, вкл. VS5 u U уменьшается. При U0 вкл. VS2 u ток
протекает по цепи: +U, R1, VS5, Ck, П, VS2, VD2,…-U; напряж имз. полярн. I=0

Слайд 48

Диаграмма двухступенчатой коммутации
При Um1 включается VS5
При U0 ток протекает по цепи:
R1,

VS5, Ck, П, VS2, VD2

Слайд 49

Выключатели переменного тока

Слайд 50

Контактор переменного тока

Слайд 51

Выключатель с фазовым регулированием тока

Слайд 52

Комбинированные (гибридные) аппараты

Слайд 53

Гибридный контактор

Слайд 54

Параллельное соединение СПП

Слайд 55

Индуктивный делитель тока

Слайд 56

Влияние температуры на пере – распределение тока

Слайд 57

Защита СПП от перенапряжений

Слайд 58

Полупроводниковые аппараты высокого напряжения

Слайд 59

Последовательное соединение СПП

Слайд 60

U – максимально допустимое напряжение на одном тиристоре;
Um – максимально допустимое

напряжение на тиристорном блоке;
nU – количество тиристоров; I ут = I ут. мах. – I ут. мин

Слайд 61

Восстановление запирающей способности послед. соединенных тиристоров

Слайд 62

Системы управления тиристорами
Амплитуда тока и напряжения,
Длительность импульса,
Скорость нарастания тока управления
Требования,

предъявляемые к импульсам управления:

Слайд 63

Формирователи импульсов управления
Прямоугольный,
Трапецеидальный,
Треугольный,
экспоненциальный

Слайд 64

Управление последовательно соединенной группой тиристоров

Слайд 65

Одновременное управление большой группой тиристоров

Слайд 66

Одновременное управление большой группой тиристоров

Слайд 67

Способы управления высоковольтными выключателями

Слайд 68

Контроль состояния тиристоров

Слайд 69

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
– в выпрямительном и инверторном режимах с естественной коммутацией, обеспечивающие

передачу энергии в обоих направлениях и связывающие цепь переменного тока с цепью постоянного тока
– преимущественно в инверторном режиме с принудительной коммутацией, связывающие цепь постоянного тока с цепью переменного тока;
– в режимах переключения постоянного тока с принудительной коммутацией, разделяющие две цепи постоянного тока;
– в режимах прерывания переменного тока с естественной или принудительной коммутацией, разделяющие две цепи переменного тока одной частоты;
– в режимах преобразования частоты с естественной и принудительной коммутацией (непосредственный преобразователь частоты), связывающие цепи переменного тока с разной частотой;
– комбинированные режимы, обусловленные комбинацией различных преобразователей (преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока, преобразователи постоянного тока с промежуточным высокочастотным звеном).

Слайд 70

Инверторы тока - преобразуют энергию постоянного тока в энергию переменного тока

с заданной частотой и амплитудой выходного напряжения

Инвертор тока

Слайд 71

Транзисторный инвертор напряжения
В трехфазных инверторах
полярности фазных напряжений
на стороне переменного

тока
должны циклически меняться.
Трехфазные схемы строятся
при помощи трех однофазных
инверторов, работающих со
сдвигами по фазе на 1200.

Слайд 72

Транзисторный инвертор напряжения с выходом на постоянном токе

Слайд 73

Среднее значение выходного напряжения выпрямителя и тока нагрузки
где
–

число витков первичной и вторичной обмоток трансформатора ;

– длительность импульса управления; Т – период следования управляющих
импульсов транзисторов

Слайд 74

Трехфазное реле тока

Слайд 75

Полупроводниковые электрические аппараты

Содержание

Выключатели переменного тока

Основные разделы курсаПараметры и характеристики полупроводниковых приборов.Коммутационные характеристики электронных аппаратов переменного

ЛитератураПолупроводниковые электрические аппараты: Учебное пособие для вузов/Г.А.Кукеков, К.Н.Васерина, В.П.Лунин. – Л.:

Полупроводниковые ключи12кВ20кВ24кВ

Преимущества ПАДва устойчивых состояния: проводящее и непроводящееБыстрый переход из одного состояния

Недостатки ПАВыдерживают меньшие перегрузки по токуЧувствительны к перенапряжениямЗначительные потери полупроводниковых приборов

Классификация ПА

Области применения ПА1- 4 – области применения полупроводниковых и комбинированныхаппаратов5 -

Области применения полупроводниковой элементной базы в зависимости от частоты GTO (GCO)

Энергетические показатели качества электромагнитных процессовКоэффициент преобразования (транспортирования) эл. энергии: КU =

Характеристики и параметры полупроводниковых приборовБиполярные транзисторы. Принципиальным отличием является то, что

Полевые транзисторы с изолированным затвором - MOSFETПринципиальным отличием является один тип

Достоинством полевых транзисторов является отсутствие затрат мощностина управление и высокое быстродействие

Комбинированный транзистор, конструктивно объединяющий полевой транзистор на входе и биполярный транзистор

Схематический разрез структуры IGBTПроцесс включения состоит из двух этапов:при подаче полож.

Транзисторы IGBT 4-го поколения коммутируют цепи с напряжением 4500 В и

Принципиальная схема драйвера для управления IGBTВысокие динамические характеристики прибора ведут к

Температурная зависимость IGBTС ростом температуры увеличивается время выключения и растут потери

Технологическая схема IGBT Структура образует два биполярныхтранзистора имеющих внутреннюю положительную обратную

Модуль прижимнойW – 75…150 кГц, U – 10…75 кГц, F –

IGBT - модулиIGBT в настоящее время выпускаются в модульном исполнении в

Модули IGBT1. Коммутируемые токи до 2000 А;2. Напряжение – 5-7кВ;3. Плотности

Параллельное соединение IGBT

Трехфазный мост

Выключатель переменного тока

Преобразователь постоянного напряжения в переменное заданной частоты (с выходом на постоянном

Тиристор – четырехслойный полупроводниковый прибор, находящийся в двух устойчивых состояниях: закрытом

Работа тиристора определяется вольт - амперной характеристикойiA – анодный ток СПП

Тепловые параметры тиристоровТемпература – основной критерий работоспособности СПП и стабильности характеристик

Переходное тепловое сопротивление: ZT = [TJ (t) – Ta]/ Pmax, TJ

Параметры СПП (характеризуются статическими и динамическими параметрами)IП – предельный ток,

ID – ток утечки, протекающий через СПП при приложении прямого напряжения

UDSM – неповторяющееся напряжение это наибольшее мгновенное переходное напряжение, прикладываемое к

Эксплуатационные параметры для тока:Iр. п.- ток рабочей перегрузки, это ток перегрузки,

Iа. п. – ток аварийной перегрузки, это ток протекание которого вызывает

Характеристики управления - определяются свойствами прилегающих к переходу П3 слоев Из-за

Динамические характеристики тиристоровt g – время включения (от момента подачи импульса

t q – время выключения (от момента перехода тока через нуль

Электрические потери при работе тиристораСуммарные потери за период работы тиристораДополнительные потери:-

Примеры типов тиристоровТБИС-800-14 (tq = 6.3-12.5 мкс; di/dt = 1600 A/мкс;

Аппараты НН ПЭА постоянного токаС колебательной перезарядкой С кВыключение с помощью С

Диаграмма схемы с искусственной коммутацией

Выключатель постоянного тока

Диаграмма работы ВПТ

Определение минимальной емкости конденсатораНапряжение разрядки конденсатора:откуда:Напряжение на С к и тиристоре

Выключатель с двухступенчатой коммутациейТок зарядки Ck:L1,L2,VS5, Ck, VS2,L32. При КЗ включаются

Диаграмма двухступенчатой коммутацииПри Um1 включается VS5При U0 ток протекает по цепи:R1,

Выключатели переменного тока

Контактор переменного тока

Выключатель с фазовым регулированием тока

Комбинированные (гибридные) аппараты

Гибридный контактор

Параллельное соединение СПП

Индуктивный делитель тока

Влияние температуры на пере – распределение тока

Защита СПП от перенапряжений

Полупроводниковые аппараты высокого напряжения

Последовательное соединение СПП

U – максимально допустимое напряжение на одном тиристоре;Um – максимально допустимое

Восстановление запирающей способности послед. соединенных тиристоров

Системы управления тиристорамиАмплитуда тока и напряжения,Длительность импульса, Скорость нарастания тока управленияТребования,

Формирователи импульсов управленияПрямоугольный,Трапецеидальный,Треугольный,экспоненциальный

Управление последовательно соединенной группой тиристоров

Одновременное управление большой группой тиристоров

Одновременное управление большой группой тиристоров

Способы управления высоковольтными выключателями

Контроль состояния тиристоров

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ – в выпрямительном и инверторном режимах с естественной коммутацией, обеспечивающие

Инверторы тока - преобразуют энергию постоянного тока в энергию переменного тока

Транзисторный инвертор напряженияВ трехфазных инверторах полярности фазных напряжений на стороне переменного

Транзисторный инвертор напряжения с выходом на постоянном токе

Среднее значение выходного напряжения выпрямителя и тока нагрузки где –

Трехфазное реле тока

Реле тока с выдержкой времени

Основные разделы курса
Параметры и характеристики полупроводниковых приборов.
Коммутационные характеристики электронных аппаратов переменного

Литература
Полупроводниковые электрические аппараты: Учебное пособие для вузов/Г.А.Кукеков, К.Н.Васерина, В.П.Лунин. – Л.:

Полупроводниковые ключи
12кВ
20кВ
24кВ

Преимущества ПА
Два устойчивых состояния: проводящее и непроводящее
Быстрый переход из одного состояния

Недостатки ПА
Выдерживают меньшие перегрузки по току
Чувствительны к перенапряжениям
Значительные потери полупроводниковых приборов

Области применения ПА
1- 4 – области применения
полупроводниковых и комбинированных
аппаратов
5 -

Области применения полупроводниковой элементной базы в зависимости от частоты
GTO (GCO)

Энергетические показатели качества электромагнитных процессов
Коэффициент преобразования (транспортирования) эл. энергии:
КU =

Характеристики и параметры полупроводниковых приборов
Биполярные транзисторы. Принципиальным отличием является то, что

Полевые транзисторы с изолированным затвором - MOSFET
Принципиальным отличием является один тип

Достоинством полевых транзисторов является отсутствие затрат мощности
на управление и высокое быстродействие

Схематический разрез структуры IGBT
Процесс включения состоит из двух этапов:
при подаче полож.

Принципиальная схема драйвера для управления IGBT
Высокие динамические характеристики прибора ведут к

Температурная зависимость IGBT
С ростом температуры увеличивается время выключения и растут потери

Технологическая схема IGBT
Структура образует два биполярных
транзистора имеющих внутреннюю
положительную обратную

Модуль прижимной
W – 75…150 кГц, U – 10…75 кГц, F –

IGBT - модули
IGBT в настоящее время выпускаются в модульном исполнении в

Модули IGBT
1. Коммутируемые токи до 2000 А;
2. Напряжение – 5-7кВ;
3. Плотности

Работа тиристора определяется вольт - амперной характеристикой
iA – анодный ток СПП

Тепловые параметры тиристоров
Температура – основной критерий работоспособности СПП и стабильности характеристик

Переходное тепловое сопротивление:
ZT = [TJ (t) – Ta]/ Pmax,
TJ

Параметры СПП (характеризуются статическими и динамическими параметрами)
IП – предельный ток,

Эксплуатационные параметры для тока:
Iр. п.- ток рабочей перегрузки, это ток перегрузки,

Характеристики управления - определяются свойствами прилегающих к переходу П3 слоев
Из-за

Динамические характеристики тиристоров
t g – время включения (от момента подачи импульса

Электрические потери при работе тиристора
Суммарные потери за период работы тиристора
Дополнительные потери:
-

Примеры типов тиристоров
ТБИС-800-14 (tq = 6.3-12.5 мкс; di/dt = 1600 A/мкс;

Аппараты НН ПЭА постоянного тока
С колебательной перезарядкой С к
Выключение с помощью С

Определение минимальной емкости конденсатора
Напряжение разрядки конденсатора:
откуда:
Напряжение на С к и тиристоре

Выключатель с двухступенчатой коммутацией
Ток зарядки Ck:
L1,L2,VS5, Ck, VS2,
L3
2. При КЗ включаются

Диаграмма двухступенчатой коммутации
При Um1 включается VS5
При U0 ток протекает по цепи:
R1,

U – максимально допустимое напряжение на одном тиристоре;
Um – максимально допустимое

Системы управления тиристорами
Амплитуда тока и напряжения,
Длительность импульса,
Скорость нарастания тока управления
Требования,

Формирователи импульсов управления
Прямоугольный,
Трапецеидальный,
Треугольный,
экспоненциальный

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
– в выпрямительном и инверторном режимах с естественной коммутацией, обеспечивающие

Транзисторный инвертор напряжения
В трехфазных инверторах
полярности фазных напряжений
на стороне переменного

Среднее значение выходного напряжения выпрямителя и тока нагрузки
где
–