КАТУШКА С МАГНИТОПРОВОДОМ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 29 страница

Триодный тиристор кроме анодного и катодного выводов имеет еще вывод управляющего электрода УЭ. Последний подключается либо к ближайшей к катоду р-области, либо к ближайшей к аноду п- области. В соответствии с этим различают катодное и анодное уп­равление тиристором. Первое подключение более распространено. Структура тиристора с катодным управлением, его условное изоб­ражение и ВАХ приведены на рис. 10.28. При изменении напряже­ния управленияU_ynизменяется и напряжение включения тиристора U_BKJ1.Следовательно, его можно использовать как управляемый ключ.

Для запирания триодного тиристора необходимо уменьшить ток практически до нуля.

Рис. 10.29

УЭ			+
Pi	щ	Р2		п2

JK УЭ

t/v,

я         б

Руп2 >^ynl

^вкл2 ^вкл!U

Рис. 10.28

к

Рис. 10.30

Типовая конструкция триодного тиристора большой мощности приведена на рис. 10.29, где 1 — основание из меди; 2 — трубка из стали со стеклоизолятором 3; 4 — четырехслойная структура р-п-р-п с припаянными к ней вольфрамовыми дисками 5 и 6; 7, 8 — стерж­невые выводы катода и управляющего электрода соответственно, которые через переходные втулки 9 соединяются с гибкими наруж­ными выводами.

Разновидностью управляемых тиристоров являются запираемые триодные тиристоры, в которых запирание возможно с помощью коротких по длительности импульсов напряженияU_yuобратной по­лярности. Их условное изображение приведено на рис. 10.30, а и б для катодного и анодного управлений соответственно.

Основная область применения тиристоров — преобразователь­ная техника. Номинальные значения токов у некоторых типов ти­ристоров в открытом состоянии достигают 5000 А, а номинальные значения напряжений в закрытом состоянии — до 5000 В.

10.7. Полупроводниковые резисторы, конденсаторы, оптоэлектронные приборы

На основе полупроводников изготовляются резисторы с посто­янным сопротивлением, а также резисторы с нелинейными ВАХ. К последним относится варистор. Его типовая ВАХ и условное изоб­ражение приведены на рис. 10.31. Варисторы применяются, напри­мер, в стабилизаторах и ограничителях напряжения подобно опор­ному диоду в цепи на рис. 10.13, б.

Полупроводниковые резисторы, сопротивление которых сильно зависит от температуры внешней среды, называются терморезисто­рами. Различают терморезисторы с положительным и отрицатель­ным температурным коэффициентом сопротивления.

В конденсаторах на основе полупроводников — варикапах — ис­пользуется изменение емкости р-п-перехода в зависимости от при­ложенного к нему напряжения. Условное изображение и типовая характеристика варикапа приведены на рис. 10.32.

К оптоэлектронным относятся полупроводниковые приборы, спо­собные работать в качестве источников (светоизлучающие диоды) и приемников (фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фо­тотиристоры) излучения.

Работа светоизлучающего диода основана на явлении индукци­онной электролюминесценции, т. е. излучения квантов света при ре­комбинации носителей заряда в р-п-переходе, смещенном в прямом направлении.

Работа фоторезисторов, фотодиодов, фототранзисторов и фото­тиристоров основана на явлении внутреннего фотоэффекта, т. е. ге­нерации в полупроводниках избыточных пар носителей заряда — электронов и дырок — под действием излучения. В фоторезисто­рах это приводит к изменению электрической проводимости полу­проводника при его освещении. В фотодиодах избыточность носи­телей заряда увеличивает потенциальный барьер р-п-перехода. Если

/,мА

0 10 20 и, В

 

к освещенному фотодиоду подключить резистор, то в цепи наблю­дается ток, т. е. преобразование энергии излучения в электрическую.

Фототранзистор с двумя р-п-переходами имеет структуру обыч­ного биполярного транзистора, но только два вывода — коллектор­ный и эмиттерный. Ток в цепи фототранзистора зависит не только от напряжения между коллектором и эмиттером, но и от его осве­щенности.

Фототиристор с тремя p-n-переходами также имеет два выво­да — анодный и катодный. Его ВАХ подобна ВАХ триодного тирис­тора на рис. 10.28 с той особенностью, что напряжение включения U_BKJlзависит от освещенности фототиристора.

10.8. Классификация полупроводниковых устройств

По своим функциональным задачам полупроводниковые устрой­ства можно разделить на три группы: преобразовательные, в том числе выпрямительные; усилительные и импульсные, в том числе логические.

Преобразовательные устройства осуществляют преобразование напряжения и тока источника энергии в напряжение и ток, необхо­димые приемнику энергии. Выпрямительные устройства служат для преобразования синусоидальных напряжений и токов в постоянные. Обратное преобразование реализуют инверторы, а изменение зна­чений постоянного напряжения и частоты синусоидального тока — преобразователи напряжения и частоты. Преобразовательные уст­ройства широко применяются в электроприводе, устройствах элек­тросварки, электротермии и т. д. В усилительных устройствах те или иные параметры сигналов увеличиваются до значений, необходи­мых для работы исполнительных органов. С помощью импульсных и логических устройств создают различные системы управления. Первые обеспечивают необходимую временную программу, а вто­рые — необходимую логическую программу совместной работы от­дельных частей объекта управления.

Отметим, что деление полупроводниковых устройств по их фун­кциональному назначению в известной степени условно. Реальные полупроводниковые устройства часто содержат элементы несколь­ких групп, а также генераторы синусоидальных колебаний, стаби­лизаторы напряжения и т. п.

10.9. Неуправляемые выпрямители

В общем случае структурная схема выпрямительного устройства (рис. 10.33) содержит трансформатор Т, выпрямитель В, сглажива­ющий фильтр Ф и стабилизатор выпрямленного напряжения Ст.

Рис. 10.33

 

Трансформатор служит для изменения синусоидального напряже­ния сети С до необходимого уровня, которое затем выпрямляется. Сглаживающий фильтр уменьшает пульсации выпрямленного на­пряжения. Стабилизатор поддерживает неизменным напряжение на приемнике П при изменении напряжения сети. Отдельные узлы выпрямительного устройства могут отсутствовать, что зависит от условий работы.

В дальнейшем вместо термина «выпрямительное устройство» будем пользоваться сокращенным — «выпрямитель». По числу фаз источника выпрямленного синусоидального напряжения различа­ют однофазные и многофазные (чаще трехфазные) выпрямители, по схемотехническому решению — с выводом нулевой точки транс­форматора и мостовые, по возможностям регулирования выпрям­ленного напряжения — неуправляемые и управляемые. В неуправ­ляемых выпрямителях для выпрямления синусоидального напряже­ния включаются диоды, т.е. неуправляемые вентили, а для сглажива­ния выпрямленного напряжения — обычно емкостные фильтры.

Для упрощения расчетов примем, что приемник представляет собой резистивный двухполюсник с сопротивлением нагрузки, а диоды — идеальные ключи, т. е. реализуют короткое замыкание цепи для тока в прямом направлении и ее разрыв для тока в обратном направлении.

Т \ц

VD,

Однофазные выпрямители. В однофазном выпрямителе с нуле­вым выводом трансформатора приемник подключается к выводу от середины вторичной обмотки трансформатора (рис. 10.34). Рассмот­рим сначала работу выпрямителя без сглаживающего фильтра (ключ

U Г"

\w₂\

Ф

71—

J^i

r-f

@е

wA

VD2

V

I Щ1

Т-

и_с\ 4=С

ic

/

(10.12)

0,644

Sразомкнут). Если в каждой половине вторичной обмотки с числом витковw2считать положительным то направление тока, при кото­ром соответствующий диод открыт, то ток в каждой половине об­мотки и в каждом диоде будет синусоидальным в течение положи­тельного (для этой половины) полупериода и равным нулю в тече­ние отрицательного полупериода (рис. 10.35, а). В приемнике поло­жительные направления обоих токов совпадают, т. е. гн = ц + г2(рис. 10.35, б). При идеальном трансформаторе постоянная составляющая тока нагрузки

■*0  771

и его действующее значение

JT/2      I Т/2

(10.13)

V2

I f%^{dt =} S f^sin²^tdt =

равны значениям соответствующих величин синусоидального тока той же амплитудой.

Ток в первичной обмотке трансформатора с числом витков щ си­нусоидальный

W2 т W2-4. 1 — 7-sin wt

Wl

ⁱ= (h ~ h)—= ¹

w.

и совпадает по фазе с синусоидальным напряжением сети (рис. 10.35, в)

и = (щ — щ)—^- = U_m— smu;£. 2w₂      w₂

uh u2>	1A	rv"1/-	vV
	f.	w	v
0	КЛЛУ'

 

u,H, U0 Io 0

Uk

Рассмотрим, как изменится работа выпрямителя после включе­ния сглаживающего фильтра (ключSзамкнут). По первому закону Кирхгофа для узла 1 цепи прямой ток диодаVD_X

h—ic+hv

или

h= С^ + Мн/Д,,,

где

^ис — ^uw — ^ui — U_msmwt

и

^сdt

— напряжение на конденсаторе фильтра и ток в нем.

Подставив в это уравнение значение тока ц = 0, определим мо­мент времени t_xзакрывания диода:

OJCcosoj^ + ^-p-sinu)^ = О, R_u

откуда

_ arctg(—wR_nC)

h ~~• oj

Начиная с момента времени t_bнапряжение на приемнике будет изменяться по экспоненциальному закону (см. 5.5):

t-t_L

и_п — и_с = U_msmujt_le

как показано на рис. 10.36, а штриховой линией.

В момент времениt₂напряжение на конденсаторе и_с и на входе выпрямителя и₂ =— U_msmwtбудут равны и откроется диодVD₂. Далее процесс в цепи будет периодически повторяться. Происхо­дит периодическая зарядка конденсатора фильтра током г_с от ис­точника энергии и его последующая разрядка на цепь приемника (рис. 10.36, б).

Включение сглаживающего фильтра увеличивает постоянную со­ставляющуюU₀и уменьшает процентное содержание гармоничес­ких составляющих в кривой выпрямленного напряжения.

Зависимость среднего значения выпрямленного напряженияU₀ от среднего значения выпрямленного тока /₀ называется внешней характеристикой выпрямителя. На рис. 10.37 приведены внешние
характеристики однофазного выпрямителя без сглаживающего фильтра (кривая 1) и со сглаживающим фильтром (кривая 2). Уменьшение напряженияU_Qпри уменьшении сопротивления цепи нагрузки и увеличении выпрямленного тока объясняется увели­чением падения напряжения на реальном диоде с нелинейной ВАХ, а во втором случае — также более быстрой разрядкой кон­денсатора.

В однофазной мостовой схеме выпрямления (рис. 10.38) четыре диода образуют четыре плеча выпрямительного моста. Одну поло­вину периода два диода в противолежащих плечах моста проводят ток г'х, а другие два диода заперты. Вторую половину периода два других диода проводят ток г₂, а первые два диода заперты (рис. 10.39, а). Для мостовой схемы справедливы все полученные выше соотношения для выпрямителя с нулевым выводом трансформато­ра. Ток нагрузки выпрямленный г_п = ц + г₂ (рис. 10.39, б), а ток источника г = ц — г₂ синусоидальный (рис. 10.39, а).

Многофазные выпрямители. Многофазное выпрямление дает возможность значительно уменьшить пульсации выпрямленного на­пряжения. На рис. 10.40 показана схема трехфазного выпрямителя

 

а

U_v

Рис. 10.36

б

о

Рис. 10.37 -о

Um

с нулевым выводом трансформатора. В каждый данный момент вре­мени ток проводит только тот диод, анод которого соединен с выво­дом той вторичной обмотки трехфазного трансформатора ( а, Ь или с), напряжение на которой (и_а., щ или и_с) положительное и наибольшее (рис. 10.41, а).

Для идеального трансформатора токи вторичных обмоток г_а, ц и г_с представляют собой три последовательности импульсов с перио­дом повторения Т = 2-гсДо_е, длительностью Г/3 и амплитудой I_m= = U_m/R_uкаждая, сдвинутые относительно друг друга на 1/3 перио­да (рис. 10.41, б), токи первичных обмоток равны

Wo

w0

W

W,

w₀

Ъд —lay 1>в — %•>^C— ^

W,

ток нагрузки г_н = г_а + г_ь + г_с имеет постоянную составляющую /₀, а выпрямленное напряжение совпадает с огибающей положительных

Рис. 10.39

елA —о—

в в

ев В —о— ес С —о

в

N -о—

	Uj		\ A \ .
н		- Г/3 ,	\ / 1 t V 1 A i У \L i К .
1			К .
\					t
UH /Л					t /
vC\			с
	h1 1 ,			u>
т					t

Рис. 10.41

 

---

Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 405; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!