Защита силовых приборов от перенапряжения.

Перенапряжение – переходный процесс, связанный со значительным всплеском напряжения при резком обрыве цепи, содержащей индуктивность. Процессы эти непредсказуемы и пик напряжений может быть кратковременным, но выделяющаяся при этом мгновенная мощность часто оказывается значительной и более чем достаточной для того, чтобы вывести из строя полупроводниковый прибор. В логических микросхемах импульсные помехи приводят к сбоям в работе. Высокочастотные составляющие напряжения помехи могут быть отфильтрованы керамическим конденсатором. Используются два типа устройств для подавления перенапряжения:

1)устройства, не пропускающее короткие высоковольтные напряжения к защищаемому прибору (узкополосные L, C – фильтры низких частот);

2)Диверторы (ограничители напряжения) - стабилитроны, варисторы (со временем характеристики ухучшаются) из карбидо-кремния. Они компактны, работают в нано-секундном диапазоне и рассеивают большие мощности.

Последовательность расчета нелинейных ограничителей напряжения:

1) определить минимальное напряжение на ограничителе;

2) рассчитать выделяемую ограничителем энергию;

3) рассчитать пиковый ток в ограничителе;

4) определить условия рассеивания выделяющейся мощности;

5) определить максимальное напряжение на ограничителе;

6) оценить возможное кол-во срабатываний за время службы аппаратуры.

 

Расчет драйвера IGBT-транзистора.

Основной функцией драйверов является защита от перегрузки по току. Причиной ее возникновения чаще всего является короткое замыкание или пробой на корпус. На рис. схема подключения драйвера IR2125. Для защиты от перегрузки используется вывод CS, срабатывает при U=230мВ. R6 для измерения тока эмиттера. C1 определяет время анализа состояния перегрузки (напр. При С1=300пФ, t=10мксек) это время заряда конденсатора до 1,01В. ERR-Error timing, при возникновении ошибки на это время (10мксек) включается схема стабилизации тока коллектора и напряжение на затворе снижается. Если перегрузка не прекращается, то через 10мксек транзистор отключается полностью.

Наиболее важный параметр расчета драйвера – заряд затвора. Заряд затвора вычисляется по формуле Q=∫idt=C·ΔU. Для определения заряда Q измеряют напряжение на затворе и интегрируют полученные результаты. С помощью формулы С_IN=Q/ΔU вычисляют эффективную входную емкость. C_IN=5·C_ISS. C_ISS – значение входной емкости транзистора из справочника. Энергия накопленная во входной паразитной емкости затвора C_IN определяется как W=1/2(C_IN·ΔU²) Так как затвор перезаряжается дважды при прохождении импульса управления, то мощность необходимая для управления: P=f·C_IN·ΔU²

Где f – частота управляющих сигналов (в наст.вр. более 1КГц). Максимальный выходной ток драйвера должен быть равным или выше максимального тока затвора, который определяется I_GMAX=ΔU/R_GMIN. Значение R_GMIN приводится в описании транзистора.

 

 

Подходящии драйвер должен отвечать следующим условиям: 1) Обеспечить достаточную выходную мощность. 2) Максимальный выходной ток должен быть равным или превышать ток затвора.

 

Трансформаторы.

Трансформатор представляет собой статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.

Чаще всего применяются однофазные и трехфазные трансформаторы. Трансформаторы с другим числом фаз используются в специальных устройствах. Простейший трансформатор (рис.) состоит из магнитомягкого замкнутого магнитопровода (сердечника) и двух обмоток.

Рис. Простейший однофазный трансформатор (магнитопровод стержневого типа).

 

Магнитопровод служит для концентрации и прохождения магнитного потока. Он должен обладать минимальным сопротивлением магнитному потоку и выполняться из магнитомягкого ферромагнитного материала.

Принцип действия трансформатора основан на законе электромагнитной индукции. К первичной обмотке подключается переменное U₁, по ней потечет ток i₁, который создаст магнитодвижущую силу (мдс) i₁W₁. МДС в свою очередь создаст переменный магнитный поток, который, замыкаясь по магнитопроводу, будет наводить в обеих обмотках магнитодвижущую силу. В первичной обмотке возникает эдс самоиндукции, а во вторичной – эдс взаимной индукции. U₁→i₁→F₁=W₁i₁→ (Ф₀+Ф_б), где Ф0 – основной магнитный поток, пересекающий обе обмотки; Фб – поток рассеяния, пересекающий одну из обмоток.

 

Машины постоянного тока.

Машина постоянного тока — электрическая машина для преобразования механической энергии в электрическую постоянного тока (генератор) или для обратного преобразования (двигатель). Каждая машина постоянного тока может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Такое свойство присуще всем типам вращающихся электрических машин и называется обратимостью.

Про двигатель. На рисунке обозначен индуктор 1. Вращающаяся часть машины состоит из укрепленных на валу цилиндрического якоря 2 и коллектора 3. Якорь состоит из сердечника, набранного из листов электротехнической стали, и обмотки, укрепленной на сердечнике якоря. Обмотка якоря в показанной на рисунке машине постоянного тока имеет один виток. Концы витка соединены с изолированными от вала медными пластинами коллектора, число которых в рассматриваемом случае равно двум. На коллектор налегают две неподвижные щетки 4, с помощью которых обмотка якоря соединяется с внешней цепью.

Если щетки подключить к источнику постоянного тока, то в витке будет протекать электрический ток и в результате взаимодействия тока с внешним магнитным полем возникнет электромагнитная сила и соответствующий вращающий момент М, виток придет во вращение. Коллектор обеспечивает электрическое соединение обмотки вращающегося якоря с неподвижными элементами внешней электрической цепи и синхронное изменение направления тока в элементах обмотки. В результате переключения проводников витка ток в каждом из них меняет свое направление каждые пол-оборота, т.е. коллектор преобразует постоянный ток во внешней цепи якоря в переменный ток обмотки якоря.

Режим генератора. В генераторе коллектор является механическим выпрямителем, который преобразовывает переменный ток обмотки якоря в постоянный ток во внешней цепи.

Для перехода машины постоянного тока из режима генератора в режим двигателя и обратно при неизменной полярности полюсов и щеток и при неизменном направлении вращения требуется только изменение направления тока в обмотке якоря.