2014-02-24
1496
В основе современной схемотехники силовой электроники лежат силовые полупроводниковые приборы. Известно огромное количество приборов разных типов, свойства и характеристики которых описаны в соответствующей литературе []. Для первоначального изучения основных схем все это многообразие приборов удобно классифицировать с точки зрения их управляемости.
Таким образом, все известные типы силовых полупроводниковых приборов могут быть подразделены на три класса:
- приборы неуправляемые – приборы, момент включения и выключения которых определяется полярностью напряжения между анодом и катодом (направлением тока в анодной цепи), например, диоды;
- приборы с неполным управлением – приборы, момент включения которых определяется не только полярностью напряжения между анодом и катодом, но и наличием сигнала в цепи управления, а момент выключения определяется лишь направлением анодного тока, например, обычные тиристоры;
- приборы с полным управлением – приборы, в которых и момент включения, и момент выключения определяются не только полярностью напряжения между анодом и катодом, но и соответствующими сигналами в цепи управления. Примерами их могут служить силовые транзисторы и запираемые тиристоры.
|
|
|
Характерная особенность приборов с неполным управлением, а именно невозможность их выключения без изменения направления анодного тока, создает некоторые трудности для обеспечения коммутации в схемах инверторов, как автономных, так и ведомых сетью.
В базовых схемах выпрямления, как правило, применяются диоды или тиристоры. Для изучения работы этих схем параметры вольтамперных характеристик конкретных приборов не имеют принципиального значения, соответственно, реальные приборы могут быть замещены идеальными ключами, у которых падение напряжения от прямого тока равно нулю, а обратный ток при приложении обратного напряжения пренебрежимо мал.
Например, диодный выпрямитель, предназначенный для питания обмотки возбуждения машины постоянного тока, собран по однофазной мостовой схеме и имеет номинальное выходное напряжение 
В и номинальный выходной ток 
А. Прямое падение напряжения в диоде выпрямительного моста 
.
Принимая во внимание, что в контуре тока нагрузки включено два диода, нетрудно оценить погрешность расчета схемы при пренебрежении этим падением напряжения:
%, (1.1)
где 
- относительная погрешность расчета выходного напряжения, %;
- число диодов в контуре тока;
- прямое падение напряжения в диоде от прямого тока, В;
- номинальное выходное напряжение выпрямителя, В.
Как видно из (1.1), даже при сравнительно невысоком выходном напряжении, характерном для преобразователей средней мощности, погрешность расчета всего около 1 %. Аналогично можно показать, что обратные токи диодов, составляющих величины порядка единиц мА, также не оказывают существенного влияния на результаты расчета рабочих режимов схемы. Поэтому, для изучения основных электромагнитных процессов в схемах выпрямления, обычно, вместо реальных полупроводниковых приборов используются идеальные ключи, у которых прямое падение напряжения равно нулю, обратные токи отсутствуют, а процессы включения и выключения происходят бесконечно быстро. Такое допущение позволяет описать электромагнитные процессы в схеме на интервале между коммутациями с помощью линейных эквивалентных схем, что, в свою очередь, дает возможность использовать хорошо разработанный аппарат линейной теории цепей.
|
|
|
Следует отметить, что совершенствование элементной базы силовой электроники, в частности, появление доступных, быстродействующих силовых транзисторов (MOSFET, IGBT), привело к тому, что в настоящее время наблюдается распространение методов, характерных для автономных преобразователей, в системы на базе преобразователей ведомых сетью, в которых традиционно использовалась естественная коммутация. Как известно, принципиальными недостатками тиристорных управляемых выпрямителей с фазовым регулированием является несинусоидальная форма входного тока и быстрое снижение входного коэффициента мощности при увеличении глубины регулирования выходного напряжения. Переход от фазового метода регулирования к широтно-импульсному, с соответствующей заменой тиристоров на приборы с полным управлением, позволяет успешно решать эти проблемы. В результате, появились относительно новые области применения "автономных преобразователей" - высокочастотные корректоры коэффициент мощности, выпрямители с формированием кривой входного тока (активные выпрямители), источники реактивной мощности и т.п.
