Типовые структурные схемы ИВЭП

Сетевой 2х канальный ИВЭП с входным тр-ром.

 

Сетевой ИВЭП с бестрансформаторным входом

ИВЭП с входом и выходом на постоянном напряжении

 

Лекция № 2

 

Характеристики силовых диодов.(СД)

Основным параметром СД является допустимая нагрузка по току, которая определяется температурой р-n перехода Qp-n < доп» 125⁰,величина которой определяется потерями в СД.

т.С – U_BR - напряжение при котором начинается лавинный пробой n-p-перехода

т.В –U_RSM - называется неповторяющимся импульсивным напряжением

т.А –U_RRM -наибольшее мгновенное значение напряжения, которое допускается прикладывать к диоду в обратном направлении и определяет класс прибора (в сотнях вольт)

Основной точкой на прямой ВАХ диода является предельный ток I_F(I_A), под которым понимают максимально допустимое среднее значение прямого тока, длительно протекающего через диод.

В общем случае Р_S=Рnр + Робр + Рком

Рnр: Реальная ВАХ, заменяется прямой (линейная апроксимация)

, тогда

средняя за период Т мощность

Рnp= U₀Iаср + RgI²эф = Рn ср + Рn эф

Iаср - средний ток вентиля - экв. постоянный ток, протекающий за период Т

Iaэф – эффективный (действующий ток) – это эквивалентно равный ток, который выделяет за Т, такое же количество тепла.

Соотношение между ними – коэффициент формы Кф= Iэф/ Iаср >1

т.е.

Рn ср - потери от среднего тока

Рn эф- потери от эффективного тока Iэф= Кф Iср,

а т.к Кф – зависит от режима работы преобразователя, то изменяется соотношение между Рn ср и Рn эф

Рn ср > Рn эф при Ia< In, и Рn ср < Рn эф при Ia> In

ПРИМЕР: Т=100; Uо=1,2В; Rg=2 ^. 10^-3 Ом; Кф= =2,2 для ~

1) Iаср =50А Рn ср =1,2 ^. 50 =60Вт

Р n эф =2 ^. 10^-3(2,2 ^. 50)²=24,2 Вт

2) Iаср =200А Рn ср =1,2 ^. 200 =240Вт

Р n эф =2 ^. 10^-3(2,2 ^. 200)²=400 Вт

Робр – потери при протекании Iобр. Робр ≈ Iобр ^. Uобр

ПРИМЕР: Т=100 Iобр =20 ^. 10-3 Робр =20 ^. 10^-3. 500≈10Вт

При перегрузках могут быть и больше.

Рком –коммутационные потери возникают в интервале вкл. И выкл.вентиля.

Из-за переходных процессов в n-р переходе Uаnр устанавливается не сразу =>

Рвкл= – могут быть больше

С ростом . увеличивается

Рср выкл >Рср вкл

ПРИМЕР: Т= 100 Uобр= 500 Iобр =50 _∆ t_c =5мкс

=10.4 Вт (+10Вт вкл)

≈20 Вт

Потери мощности Р_∑ -сотни ватт на малом объеме кристалла ═> быстрый рост t до критической ═> вентили характеризуются перегрузочной способностью.

Iаnср = f(t) и требуют хорошего теплоотвода

Виды охлаждения

- воздушное естественное Vс= 0

- воздушное принудительное Vc=6; 12 м/с

- водяное

- испарительное

150-170⁰С, то он может еще включиться. Зависит от условий работы. Тмл =1412 ⁰С

 

ХАРАКТЕРИСТИКА ТИРИСТОРОВ

Тиристоры в отличии от диодов обычно вкл. и выкл. под прямым напряжением

 

Эффект di/dt- способность тиристора выдерживать определенную способность нарастания анодного прямого тока при включении при определенных условиях от 50 до 200 А/мкс. При включении напряжение является однозначной функцией тока, => индуктивный характер, т.е. при включении тиристор может быть заменен.

Эффект dU/dt. Процесс выключения. С~ . t>t1 Обратный ток.

 

Р_S = Рпроткр + Рпрз + Робрз +Ркоu + Ру > больше

Ру- учитывается только при широких импульсах (60⁰)

Ру =UуIу

Рвкл=UапрIапр tn/6T

Рсрвыкл –как у диода

Классификация вентилей по конструкции:

1.Штыревые

2.Фланцевые

3.Таблеточные

4.С корпусом под запрессовку

5.Модульные

Условные обозначения:

 

Диод быстро восстанавливающийся, первой модификации, штыревой конструкции, с гибким выводом, со средним прямым током 200А, повторяющимся импульсным Uобр =1200В, обратной полярности, временем обратного восстановления 2,5мкс, отобранный для параллельного соединения с разбросом прямого импульсного напряжения от 1,41 до 1,61В, климатического исполнения УХЛ, категория размещения 4,2.Выпускаемый по ТУ 16…

Д4131-200Х-12-М4-1,41-1,61 УХЛ 4,2 ТУ16…

 

 

Тиристор быстродействующий, второй модификации, таблеточный, с диаметром таблетки 58 мм, со средним током 400А,Uобр= 1600В, критической скоростью нарастания напряжения в закрытом состоянии 200В/мкс, tвыкл= 32мкс, tвкл= 4мкс для U соед. С разбросом 1,75В-1,95В. Климатич.исполнение Е, категории размещения;, выпускаемый по ТУ16…

ТБ243-400-16-Р2К3Н4-1,75-1,95 Т4 ТУ16…

Лекция № 3

Выпрямители

 

Блок-схема выпрямителя

 

I.Тр-р-статический эл. аппарат для преобразования ~ U1 в ~ U2

c f= const

1.напряжения сети U1 и U2 на входе СВБ (может и не быть)

2.Изменение числа фаз m1,m2

3.Гальваническая развязка

4.Снижение di/dt, i _к.з.

В зависимости от схемы СВБ, режима его работы и мощности,тр-р оказывает существенное влияние на эл.магнитные процессы преобразователя.

Магнитопровод-для усиления магнитного потока Фо

Фо- общий магнитный поток, связанный с обмотками W1иW2

Ф_s1,Ф_s2 -потоки рассеяния,

связанные с витками своей обмотки Фs<< Фо

Эквивалентная схема

 

r1,r2’-активные сопрот.W1,W2

х_s1=ωL_s1 =ωL_s2- индуктивные сопротивления рассеяния

х_о= ωL_о - индуктивность намагничивания, учитывающая ток намагничивания Iо для создания Фо.

rо-сопротивление, учитывающие потери в магнитопроводе на гистерезис и вихревые токи.

E₁=4.44fW₁Фmaх

= ^. Хs_2, r₂’= r₂ ^. Ктр=W₁/W₂ E₂=4.44fW₂Фmaх

Ктр=Е1/Е2

Параметры экв.схемы определяются из опытов ХХ и к.з.

ХХ на входе I₂=0=> ток I₁ =I_o –мал, полагая r₁≈0

Получаем r₀=Р_хх/I_o² cos _хх=Р_хх/S_хх;

 

 

Опыт к.з. на выходе U2=Uк.з. при I₂=I₂ ном

полагая х_о=0, r_о=0 => r₁+r₂’= Рк.з./I_1н²

cos _кз= Рк.з/Sк.з, + =(r₁+r₂’)tg _к.з

при этом r₁≈r’₂; ≈

 

Эти параметры отражают реальные, т.к. при ключевых режимах работы СВБ –тр-р работает либо в режиме ХХ или к.з.

Учет тех или иных параметров (r или s) зависист от режима работы (чаще от тока нагрузки Id)

 

Потери и к.п.д. тр-ра.

Электрические потери. Обусловлены нагревом обмоток тр-ра при прохождении эл.тока.

Рэ=Рэ₁+ Рэ₂= mI₁² r₁ +mI₂² r₂’

Как видно эл.потери пременные, т.к зависят от величины нагрузки

 

Магнитные потери. Главным образом в магнитопроводе тр-ра –причина перемагничивание магнитопровода => два вида потерь: потери от гистерезиса Рr, связанные с закрытой энергией на уничтожение остаточного магнетизма в материале магнитопровода и потери от вихревых токов Рв.т. наводимых переменным магнитным полем в пластинах магнитопровода:

Рм =Рr+ Рв.т.

Рr≡f Рв.т≡f² => магнитные потери постоянны, т.е. не зависят от нагрузки тр-ра.

Таким образом, активная мощность Р1 поступающая из сети в первичную обмотку тр-ра

Коэффициент нагрузки тр-ра β= I2/I2н

к.п.д.

cos ₂-коэффициент мощности

РАСЧЕТ ТР-РА

1. Фрумкин Г.Д. Расчет и конструирование радиоаппаратуры. М.В.ш. 1989г. Тр.- низкой частоты и силовые тр-ры

2. С.А. Эраносян. Сетевые блоки питания с высокочастотными преобразователями.Л.энергоатом.1991г.ВИЭП без сетевого тр-ра.

3. Расчет электромагнитных элементтов ьисточников вторичного питания.М.»Радио и связь» (А.Н.Горский, Ю.С. Русин…) 1988г.

4. Расчет тр-ров при различных напряжениях питания, расчет реакторов.

 

II.Силовой вентильный блок- сердце преобразователя. Отличаются схемой соединения (с о, мостовая, однополупер., двухполупер.)

Основной параметр- коэффициент прпеобразования, зависит от схемы(наз.К схемы) Ксх=Ud/U2=const

Обратная величина к-т фазной э.д.с. В=U2/Ud

 

III.Сглаживающий фильтр- для улучшения качества Ud, подавляет (фильтрует) переменную составляющую и выделяет постоянную.

L-для мощных выпрямителей (I>10А)

C-для маломощных (I< 10А)

Полупроводниковые вентили

(классификация, характеристики, терминология)

Вентиль –прибор с односторонней проводимостью

ВАХ-идеального вентиля(2 состояния)

 

ПТ используют силовые вентили (I=10-1000А)

эквивалент идеального вентиля

 

1. Вкл. Uа=0; Iа=In

2. Выкл.Uа =Uобр.maх Iа=0

 

Классификация п/п

 

По степени управляемости - возможность перевода из одного состояния и наоборот.

1.Неуправляемые-состояние V- определяется только направлением тока (диоды)

2.С неполным управлением- момент вкл.определяется полярностью Uа и сигналом управления Iy(Uy), а момент выкл. направлением анодного тока(Iа) (тиристоры)

3.Полностью управляемые – момент включения и выкл. определяется Ua иUy

(запир.тир. и тр-ры)

Внутри групп классификация по применению и назначению (низко, высокочастотные, импульсные, быстродействующие, мощные и т.п.)

По способу коммутации (выключения)

Коммутация-процесс передачи тока с одного вентиля на другой Один вентиль открывается, другой закрывается.

А) естественная коммутация- выключение V под действием переменной ЭДС приложенного напряжения сети Uc при снижении Uc→0, Ia→0 и вентиль выключается.

 

 

Б) Искусственная коммутация- выключение при снижении Ia→0 под действием э.д.с. и доп. коммутационного устройства ik≥ia (чаще заряженный Ск)

При замыкании К, противоток iк снижает iа≤ i выкл ≈ 0.V выкл.

В) самокоммутация (резонансная)- вариант искуственной к.