1.Призначення напівпровідникових перетворювачів
2.Основні функції напівпровідникових перетворювачі
3.Типи перетворювачів
4.Переваги напівпровідникових приладів
1.Напівпровідникові пристрої здійснюють перетворення параметрів електричної енергії з передаванням її (активної потужності) від мережі живлення або автономного джерела у навантаження. Звичайно СНП забезпечує двобічне передавання енергії, коли навантаження працює у режимі джерела, а також обмін реактивною енергією між джерелом і навантаженням. Потужність СНП становить від одиниць Вт до десятків МВт. ККД напівпровідникових перетворювачів достатньо високий і наближається до 1 (0,9 ÷ 0,98), проте у разі значних потужностей втрати енергії у силових колах становлять від одиниць до десятків кВт. Температура силових приладів (діодів, тиристорів, транзисторів) не повинна перевищувати визначені значення, що передбачає забезпечення ефективного відведення тепла від силових кіл – системи охолодження. Охолодження може бути природним із використанням індивідуальних або групових охолоджувачів із розвинутою поверхнею охолодження, або примусовим із використанням примусової циркуляції повітря або рідини.
2.Основні функції НП:
1. Випрямлення. Перетворення змінного струму в постійний струм, причому енергія змінного струму надходить у систему постійного струму.
2. Інвертування. Перетворення постійного струму в змінний струм незмінної чи регульованої частоти, причому енергія постійного струму надходить у систему змінного струму.
3. Перетворення постійного струму. Перетворення постійного струму даної напруги і полярності в постійний іншої напруги і при необхідності протилежної полярності, причому енергія постійного струму надходить в іншу систему постійного струму.
4. Перетворення змінного струму (перетворювачі напруги, частоти, кількості фаз). Перетворення змінного струму однієї напруги, частоти і кількості фаз у змінний іншої напруги, частоти і при необхідності з іншою кількістю фаз, причому енергія змінного струму надходить в іншу систему змінного струму.
3.Для комутації можна застосувати насамперед звичайний механічний вимикач - тільки великий. Але по-перше, площа контактів повинна зростати зі струмом - що буває при перевантаженні, всі ми знаємо, іскри і запах горілої ізоляції запам'ятовуються добре. По-друге, відстань, на яку розходяться електроди, має збільшуватися з ростом напруги, щоб зазор між ними не пробився, - блискавка красива, але після неї від вимикача нічого не залишиться, а темрява запанує надовго. Електропрочность повітря мала, тому одна лінія розвитку високовольтних вимикачів - це вимикачі, що працюють у вакуумі або заповнені маслом або найважчим газом - SF6, "елегазом" (від "електричний"). Інша лінія розвитку - це газорозрядні і електровакуумні прилади: тиратрони і електронні лампи. Нарешті, третя і, мабуть, найперспективніша - напівпровідникові комутатори, або тиристори. Щоб розібратися в механізмі їх роботи, треба наново вчити фізику для 10 класу, причому по хорошому підручника, тому механізм ми описувати не будемо. Але дамо "конструктивну" визначення і опишемо прилад з точки зору застосування - тобто наведемо його характеристики.
Тиристор - це напівпровідниковий прилад на відміну від транзистора, що має не три шари з різними типами провідності pnp чи npn, а чотири - pnpn. Від двох крайніх шарів зроблені висновки, по яких проходить основний струм, а від одного з проміжних шарів - висновок управління. Якщо пропустити по керуючому електроду фіксований струм і почати збільшувати напругу між основними електродами, вимірюючи через них струм, то вийде залежність, зображена на рис. 2 зліва. Якщо потім почати його зменшувати, вийде залежність, показана в середині. У цілому характеристику тиристора зображають так, як показано праворуч, при цьому довжина виступу (напруга включення Uвкл) залежить від напруги на керуючому електроді. Інакше кажучи, якщо подати на тиристор велике напруження, але по керуючому електроду пропускати такий струм, що виступ характеристики буде стирчати вправо досить далеко, то струм через основні електроди буде протікати маленький. Якщо потім змінити струм керуючого електрода так, що виступ укоротити, то робоча точка перескочить на верхню гілку кривої, струм зросте, тиристор "відкриється", тобто включиться. На жаль, якщо знову збільшити виступ, то тиристор не закриється - треба чекати зменшення основного напруги (в мережі, як ви знаєте, змінну напругу частотою 50 Гц, тобто напруга обнуляється 100 разів на секунду), щоб тиристор перейшов в "закрите" стан . Таким чином, ми створили "вимикач", який включити можна завжди, а виключити - тільки в момент проходу основного напруги через нуль.
Іншим недоліком тиристора було обмеження по максимальному напрузі й струму - кілька кіловольт і кілька кілоампер, при тому, що потужні вимикачі могли працювати при сотнях кВ і сотнях кА. Але маленький прилад, який не потребує обслуговування і при правильній експлуатації незрівнянно більш надійний, ніж інші, був настільки привабливий, що інженери воліли створювати складні схеми, включати сотні тиристорів послідовно і сотні таких збірок паралельно, щоб збільшити робочі напруги та струму.
Минуло п'ять років з моменту винаходу, і в 1960 році були створені тиристори, які можна було не лише включати керуючим імпульсом, але і вимикати - тобто розривати ланцюг. Після цього тиристори стали основним комутаційним елементом великої енергетики.
4.У порівнянні з електронними лампами у напівпровідникових приладів є істотні переваги:
1. Мала вага і малі розміри.
2. Відсутність витрати енергії на напруження.
3. Великий термін служби (до десятків тисяч годин).
4. Велика механічна міцність (стійкість до трясці, ударів і інших видів механічних перевантажень).
5. Різні пристрої (випрямлячі, підсилювачі, генератори) з напівпровідниковими приладами мають високий ККД, оскільки втрати енергії в самих приладах незначні.
6. Малопотужні пристрої з транзисторами можуть працювати при дуже низьких живлять напругах.
Разом з тим напівпровідникові прилади в даний час володіють наступними недоліками:
1. Параметри і характеристики окремих екземплярів приладів даного типу мають значний розкид.
2. Властивості приладів сильно залежать від температури.
3. Робота напівпровідникових приладів різко погіршується під дією радіоактивного випромінювання і т.д.
Транзистори можуть працювати майже у всіх пристроях, у яких застосовуються вакуумні лампи. В даний час транзистори успішно застосовуються в підсилювачах, приймачах, передавачах, генераторах, вимірювальних приладах, імпульсних схемах і в багатьох інших пристроях
Домашнє завдання: опрацювати матеріал, коротко законспектувати , переглянути відеофрагмент
Немає коментарів:
Дописати коментар