вход Вход Регистрация



6.1 Особенности транзисторных инверторов тока

 

В принципе, инверторы тока могут быть созданы как на базе силовых полупроводниковых приборов с неполным управлением (на тиристорах), так и на базе силовых полупроводниковых приборов с полным управлением: запираемых тиристорах или силовых транзисторах. С другой стороны известно, что среди инверторов тока наибольшее распространение получили именно тиристорные инверторы тока. Этот факт объясняется тем, что в инверторах тока, как в любой токовой системе, принудительное выключение тока, (характерное для силовых полупроводниковых приборов с полным управлением) чревато значительными перенапряжениями, которые могут быть опасны как для силовых полупроводниковых приборов, так и для другого оборудования. В тиристорных инверторах тока эта проблема решается автоматически, поскольку тиристор не может выключиться, пока в нём существует ток (по крайней мере, не меньший тока удержания). В то же время, для восстановления управляемости тиристор должен находиться под обратным напряжением достаточно большое время (в среднем порядка десятков микросекунд), что приводит к увеличению установленной мощности коммутирующих конденсаторов. Применение приборов с полным управлением позволяет уменьшить емкость коммутирующего конденсатора и, соответственно, установленную мощность силового оборудования, но требует более детальной проработки электромагнитных процессов в схеме и, следовательно, более "тонкого" управления, что приводит к усложнению информационного обеспечения преобразователя, то есть к усложнению системы управления. Таким образом, тиристорные инверторы тока имеют относительно простые системы управления, но более дорогостоящие и громоздкие силовые части. Анализ тенденций развития средств силовой электроники показывает, что на современном этапе развития информатики, практически, любое усложнение системы управления, позволяющее решить энергетическую проблему, существующую в силой части, в конечном итоге, оказывается экономически более эффективно, чем увеличение установленной мощности силового оборудования.

В то же время очевидно, что простая замена тиристоров приборами с полным управлением, имеющими свои специфические особенности, без существенной переработки схемы - невозможна, да и, при сохранении параметров силовой схемы, экономически бессмысленна. Таким образом, инверторы тока на полностью управляемых приборах представляют собой отдельный, специфический, и, в настоящее время, мало изученный подвид автономных инверторов. В частности, одной из немногих книг, посвященных применению мощных биполярных транзисторов в резонансных инверторах тока, является [28]. В [15] описан преобразователь постоянного напряжения со звеном повышенной частоты, содержащий транзисторный инвертор с индуктивностью во входной цепи, который, по существу, является инвертором тока.

Применение силовых транзисторов в инверторах тока ограничивается некоторыми особенностями этого типа силовых приборов, в частности:

· силовые транзисторы (в том числе и IGBT) не "держат" обратное напряжение, которое обычно присутствует в традиционных схемах инверторов тока, за исключением резонансных с обратными диодами. (Поэтому, в частности, именно этот тип инверторов удобен для реализации на базе транзисторов);

· ток базы биполярного транзистора должен поддерживаться в течение всего интервала проводимости силового ключа. Если длительность этого интервала может меняться, например, при изменении параметров нагрузки, то, соответственно, должна изменяться и длительность управляющих сигналов;

· величина тока базы биполярного транзистора должна быть пропорциональна величине тока коллектора. В противном случае, транзистор или может выходить из насыщения, что приводит к перегреву и выходу его из строя, или попадать в режим чрезмерного насыщения, что вызывает существенное увеличение времени рассасывания, вплоть до нарушения нормального алгоритма работы схемы;

· предельные параметры биполярных транзисторов ( В, А) недостаточны для создания преобразователей средней мощности.

В то же время, применение транзисторов в качестве силовых ключей позволяет решить и некоторые проблемы. Основными достоинствами транзисторных инверторов тока, по сравнению с тиристорными, является следующие:

· более высокая коммутационная устойчивость, поскольку способность коммутировать коллекторный ток не зависит от параметров нагрузки;

· меньшая установленная мощность конденсаторов, так как коммутация обеспечивается и при отстающих углах сдвига эквивалентного тока;

· более высокие предельные частоты выходного напряжения, поскольку быстродействие силовых транзисторов выше, чем тиристоров.

По-видимому, наиболее перспективным в этом смысле является применение силовых транзисторов типа IGBT, имеющих перед обычными биполярными транзисторами ряд преимуществ:

· более высокое быстродействие – времена переключения порядка 100-200 нс (у биполярных высоковольтных транзисторов это величины порядка 1 мкс);

· "полевое" управление – IGBT имеют изолированный управляющий электрод и требуют управляющих сигналов в виде импульсного напряжения с амплитудой порядка 15 вольт. При этом от источника управляющих сигналов ток потребляется только в моменты формирования фронтов;

· высокая перегрузочная способность по току коллектора – максимальный ток коллектора в 3-5 раз больше номинального;

· более высокие предельные параметры ( до 1200 В, до 600 А), позволяющие создавать достаточно мощные преобразователи.

Основным недостатком этого типа приборов является их высокая чувствительность к перенапряжениям – даже короткие (порядка наносекунд) импульсы напряжения, превышающие предельно допустимую величину приводят к пробою и, соответственно, к полному отказу прибора. Тем не менее, при правильном выборе параметров защитных цепей, инверторы тока, реализованные на силовых транзисторах типа IGBT, позволяют создать устройства с существенно новыми свойствами, по сравнению с традиционными, тиристорными инверторами тока. Ниже рассмотрены два примера применения силовых транзисторов в устройствах такого типа.

 

© 2018
  • Сайт "Литературка"
  • мы собираем различную техническую, образовательную, научную литратуру