Страницы: << [1] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 .... >>

ПРЕДИСЛОВИЕ

Электроприводы с питанием двигателей постоянного тока от полупроводниковых вентильных преобразователи — вентильные электроприводы — получили в настоящее время широкое распространение. Промышленностью освоен серийный выпуск комплектных преобразовательных устройств и полностью комплектных вентильных электроприводов.

В этих условиях резко возросло число лиц, которым приходится заниматься монтажом, наладкой и эксплуатацией вентильных электроприводов, применяемых как во вновь устанавливаемом технологическом оборудовании, так и при модернизации действующих установок. Между тем пособия, позволяющие приобрести первоначальную подготовку в этой области электропривода, практически отсутствуют.

Предлагаемая книга предназначается в основном для читателей, нуждающихся в такой первоначальной подготовке, Книга знакомит со свойствами полупроводниковых диодов и тиристоров, с различными выпрямительными схемами на их основе, со способами и схемами управления тиристорами. Рассмотрены типичные принципиальные схемы электроприводов с нереверсивными и реверсивными вентильными преобразователями, способы управлення пуском, торможением н реверсированием двигателей в этих схемах. Поскольку современные вентильные электроприводы представляют собой автоматические системы регулирования, в книге изложены принципы построения таких схем. Описаны основные элементы систем, виды и назначение обратных связей, способы получения требуемых механических характеристик и переходных процессов электропривода. Рассмотрены простейшие методы расчета характеристик и выбора параметров систем регулирования, необходимых при наладке вентильных электроприводов. Содержатся нужные для практики сведения о выборе силовых элементов вентильных преобразователей и защите электроприводов. В качестве иллюстрации приведены некоторые примеры типовых схем комплектных, тиристорних электроприводов.

Отзывы и пожелания по книге следует направлять по адресу: 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10, Эиергоиздат.

Авторы

ГЛАВА ПЕР8АЯ.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ВЕНТИЛИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В современных преобразовательных устройствах постоянного тока в качестве вентилей применяются силовые кремниевые полупроводниковые диоды (силовыми обычно считают вентили на ток 10 А и более). Принцип действия кремниевых диодов основан на использовании свойств примесного монокристаллического кремния. Примесный кремний образуется путем ввода в кристаллическую решетку кремния атомов различных примесей, называемых доиорными (обычно сурьма или фосфор) и акцепторными (например, алюминий или бор), В результате в монокристалле кремния возникают области (слои) с различными типами электропроводности: электронной (типа п) — в области с донорной примесью и дырочной (типа р) — в области с акцепторной примесью. Донорные примеси создают в кристаллической решетке кремния избыток отрицательно заряженных электронов, акцепторные примеси — избыток положительно заряженных «дырок» (атомов кремния, у которых не хватает по одному электрону).

В узкой зоне на границе между двумя слоями с различными типами электропроводности получается так называемый электронно-дырочный переход (р-п переход), основным свойством которого является резкое изменение его сопротивления от направления тока через переход, которое и определяет вентильную (выпрямляющую) способность р-п перехода. Если к области р приложить положительный потенциал, а к области п — отрицательный, то р-п переход открывается и через него будет протекать прямой ток, ограниченный практически только внешним сопротивлением электрической цепи. При изменении по-

лярности потенциалов на р-п переходе переход закрывается. Практически через него в этом случае протекает очень малый обратный ток.

Различают две основные разновидности силовых кремниевых вентилей — неуправляемые и управляемые.

В качестве неуправляемого вентиля используется диод _прибор на основе двухслойной структуры р-п. Как

элемент электрической цепи диод характеризуется непрерывным изменением сопротивления при изменении тока в прямом (проводящем) направлении.

В качестве управляемого вентиля используется тиристор— прибор на основе четырехслойной структуры с тремя р-п переходами, обладающий разрывной зависимостью его сопротивления от прямого тока. Открывание тиристора может осуществляться при положительной разности потенциалов между слоями путем подачи на переход р₂-п₂ положительной разности потенциалов (напряжения управления), когда через этот переход будет протекать небольшой ток управления, нейттрализующий запирающее действие перехода Закрывать пропускающий прямой ток тиристора, воздействуя на ток управления, нельзя.

Рабочий элемент силового кремниевого диода изготовляется из монокристаллического слитка кремния в виде круглой пластины диаметром от 10 до 30 мм и толщиной 0,35—0,55 мм. Во избежание деформаций и повреждения кристалла при колебаниях температуры, а также для обеспечения надежного электрического и теплового контакта рабочий элемент впаивается между термокомпеисирующими пластинами из вольфрама или молибдена, температурный коэффициент линейного расширения которых близок к температурному коэффициенту линейного расширения кремния. Для защиты от воздействий окружающей среды и придания механической прочности конструкции диода рабочий элемент заключается в герметизированный корпус.

Конструкции корпусов кремниевых силовых диодов могут быть различными. В зависимости от конструктивного исполнения диоды разделяют на два основных вида: штыревые и таблеточные.

На рис. 1.1, а показан штыревой диод типа В2-200. Рабочий элемент диода помещен в неразборный герметический металлостеклянный (в других конструкциях керамический) корпус 2. Роль катода К., т. е. электрода, со-

единенного со слоем п рабочего элемента, выполняет медное основание / корпуса. К основанию припаянп нижняя термокомпеисирующая плэстника рабочего элемента. Основание корпуса изготовлено в виде шестигранной гайки совместно со шпилькой с резьбой для ввинчивания диода в стандартный ребристый воздушный охладитель 4 (рис. 1.1,6). Внешним выводом анода А — электрода, соединенного со слоем р рабочего элемента,

a) 5) в)

Рис. 1.1.

является медный жгут 3 с иаконечинком. Жгут припаян ко втулке, соединенной с нижней термокомпенсирующей пластинкой рабочего элемента. Втулка изолирована от корпуса стеклянным изолятором. Диоды изготовляются также и обращенными, т. е. с основанием корпуса в качестве анода н гибким выводом — катодом.

Условное графическое изображение диода на электрических схемах показано на рис. 1.1, в.

Конструктивно аналогично выполняются и штыревые тиристоры. На рис. 1.2, а изображен тиристор типа ТЛ-160. В такой модификации анодом А тиристора является основание корпуса, катодом К — гибкий силовой вывод. Кроме того, тиристор имеет два дополнительных вывода: один от слоя р_а рабочего элемента, т. е. от

управляющего электрода УЗ {+), другой от слоя п₂ — второй полюс цепи управления УЭ (—). Тиристор ввинчивается в стандартный охладитель так же, как и диод иа рнс. 1.1, б.

Условное графическое изображение тиристора на электрических схемах показано на рис. 1.2,6.

В тиристорах таблеточной конструкции рабочий элемент помещается в круглом гофрированном герметизированном керамическом корпусе с торцевыми металлическими поверхностями, которые соприкасаются с охладителем. Вывод от управляющего электрода располагается сбоку. В качестве примера на рис. 1.3 показан таблеточный тиристор типа Т9-200. На рис. 1.4 изобра жен таблеточный тиристор 3 в сборе с воздушными охладителями J и 6. К охладителям привинчены медные шнны