Электротехника \ Энергетическая электроника

Элементы преобразовательной техники. Перспективы развития полупроводниковых приборов силовой электроники. Выпрямители, страница 3

Приборы IGBT

Существует две технологии изготовления IGBT прибора:

PT – IGBT – эпитаксиальная,

NPT – IGBT – однородная.

Принцип формирования PT - эпитаксиальной и NPT – однородной структур можно рассмотреть на примере силовых диодов.

Каждая из структур имеет свои достоинства и недостатки. NPT-структура имеет достаточно большое омическое сопротивление (n^–)области. В PT-эпитоксиальных диодах дополнительно вводится область n⁺ - для уменьшения внутреннего сопротивления, но усложняется процесс изготовления.

Условные обозначения IGBT- транзисторов

Структура IGBT транзистора в зависимости от технологии имеют вид:

Эквивалентная схема стандартного IGBT

Недостаток данного прибора – наличие тиристорной структуры, что может привести к защелкиванию (это недопустимо!).

Фирмой SIEMENS разработана структура NPT – IGBT прибора. Она более проста.

Однородная структура обладает рядом преимуществ:

- упрощается конструкция;

- уменьшаются коммутационные потери;

- уменьшается падение напряжения в проводящем слое;

- устраняется опасность возникновения тригерного (тиристорного эффекта).

Эквивалентная схема NPT - IGBT

Основным достоинством IGBT- прибора – является «безопасная» работа в режиме короткого замыкания(режим жесткой коммутации).

Входная и выходная характеристики IGBT транзистора.

По перегрузочной способности IGBT близка к перегрузочной способности однооперационного тиристора SCR.

Ics 8 ICN,

где Ics – максимальное значение тока стока;

IcN – номинальное значение тока стока.

Особенности эксплуатации IGBT приборов:

а) необходимо учитывать емкостной ток цепи управления. С этой целью в цепь затвора устанавливают резистор, ограничивающий ток заряда и разряда, ограничитель уровня напряжения на затворе (стабилитрон) и шунтирующий резистором

в) вследствие достаточно большой барьерной емкости структуры необходимы дополнительные меры для борьбы с эффектом du/dt. С этой целью параллельно транзистору к выводам сток-исток подсоединяется R-C цепочка. Для ограничения максимального напряжения на транзисторе здесь же устанавливается R-D-C цепочка или полупроводниковые ограничители напряжения.

ВЫПРЯМИТЕЛИ

4.1. Общие сведения

Выпрямителем называется статический преобразователь электрической энергии переменного тока в постоянный ток. Такой преобразователь представляет собой электрический агрегат, силовая часть которого состоит в общем случае из следующих основных узлов (рис. 4.1):

а) трансформатора Тр;

б) блока вентильных элементов В;

в) выходного фильтра Ф.

Выпрямители обычно классифицируют:

– по мощности;

– по напряжению;

– по числу фаз первичной обмотки трансформатора;

– по схеме выпрямления;

– по способу регулирования выходного напряжения.

Тр

Выходное напряжение (выпрямленное)

Рис. 4.1 – Структурная схема выпрямителя

Классификация выпрямителей по мощности весьма условна. Обычно по мощности выделяют выпрямители: маломощные – до 1 кВт, средней мощности – до 100 кВт и мощные – свыше 100 кВт, а по напряжению: низкого – до 250 В, среднего – до 1000 В и высокого – свыше 1000В.

По числу фаз первичной обмотки трансформатора выпрямители делятся на однофазные и трехфазные.

Под схемой выпрямления, как правило, понимают схему соединения вентильных элементов и трансформатора.

Процесс выпрямления осуществляется непосредственно вентильными элементами схемы выпрямления.

На первичную обмотку трансформатора от питающей сети подается переменное синусоидальное напряжение. На вторичной обмотке трансформатора будет также синусоидальное напряжение

где U₂ – действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора;

ω – угловая частота напряжения питающей сети.

В момент времени, когда потенциал точки b вторичной обмотки выше потенциала а (напряжение u₂ отрицательно), к вентилю приложено запирающее напряжение и ток через вентиль не протекает. Когда потенциал точки а становится выше потенциала точки b (эти моменты на рис ?? соответствуют значениям υ = ωt = 0; 2π; 4π …), к аноду вентиля прикладывается положительное напряжение относительно катода и вентиль включается. В результате напряжение u₂ оказывается приложенным к резистору R_d, через который начинает протекать ток нагрузки i_d. Вентиль находится в проводящем состоянии до тех пор, пока проходящий через него ток i_d не снизится до нуля. Ток нагрузки прекращается до последующего включения вентиля. Таким образом, на резисторе R_d будет пульсирующее напряжение u_d только одной полярности, или, иначе говоря, выпрямленное напряжение.

Коэффициенты, характеризующие работу схем выпрямления.

При сравнении схем выпрямления и их расчете пользуются коэффициентами, приведенными в таблице 1.2.

Таблица 1.2 Коэффициенты характеризующие работу выпрямителей.

Схема выпрямления	Характеристика по схеме выпрямления		Характеристика по трансформатору			Характеристика по вентилям
Схема выпрямления
1Ф 1Н 1П	0,45	1,57		1	3,09	(p) 3,14	(p) 3,14	1
1Ф 1Н 2П	0,9	0,67			1,2	p
1Ф 2Н 2П	0,9	0,67	1,11	1,11	1,11
3Ф 1Н 3П	1,17	0,25			1,35
3Ф 2Н 6П	2,34	0,057			1,05
3Ф 2Н 12П =	4,68	0,014			1,05
3Ф 2Н 12П //	2,34	0,014			1,05