Транзисторы. Использование транзисторов в сварочном производстве
Силовые транзисторы разработаны сравнительно недавно. Хотя они еще ненадежны и дороги, ожидается их широкое внедрение благодаря уникальным возможностям регулирования, которые они предоставляют. В сварочных выпрямителях перспективна схема с общим эмиттером ОЭ (рисунок 2.27, б). Обычно транзистор используется в качестве ключа. В положительном полупериоде, пока в режиме отсечки до момента α1 на базу Б не подан ток Iб, практически отсутствует и прямой ток Iпр коллектора К, а значит, и ток в нагрузке. При подаче достаточно большого тока базы Iб транзистор в момент α1 перейдет сразу в режим насыщения, в котором прямой ток коллектора Iпр резко возрастает до значения, ограниченного только напряжением питающей сети u~ и сопротивлением нагрузки RH. При снятии тока базы в момент α2 резко снизится и прямой ток. В отрицательном полупериоде ток в нагрузке практически отсутствует. Среднее значение тока Iпр зависит от величины α1 и α2 и может регулироваться в широких пределах двумя способами:
Рисунок 2.27 –Транзистор в цепи переменного тока
Рисунок 2.27, б иллюстрирует работу транзистора при выпрямлении тока. Однако вероятней использование транзистора для управления уже выпрямленным током.
Выпрямитель с транзисторным регулятором
Транзисторный регулятор, как правило, устанавливается в цепи постоянного, т.е. сварочного тока. Чаще всего в качестве такого регулятора используется силовой транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером (ОЭ). При недостаточной мощности одиночного транзистора используют несколько параллельно соединенных транзисторов или транзисторных модулей, т.е. конструктивно и схемно оформленных устройств. Обычно транзистор работает в режиме ключа, т.е. при достаточной величине тока базы почти мгновенно из состояния отсечки переводится в состояние насыщения. Ключевой режим принят потому, что в отличие от режима усилителя потери энергии на транзисторе при этом минимальны, что гарантирует высокий КПД и сравнительно малый нагрев транзистора. Используются как биполярные, так и полевые транзисторы. Биполярные транзисторы имеют большую номенклатуру, лучше освоены и дешевле в производстве. Полевые МДП-транзисторы (MOSFT) имеют больший КПД и более высокое быстродействие. В последнее время управление силовыми цепями сварочного контура стало возможным при появлении транзисторов IGBT.
Изучим принцип работы транзисторного источника (рисунок 2.28). В начальный момент t1 при подаче от системы управления сигнала на базу транзистор КГ быстро приходит в состояние насыщения, и по нагрузке идет ток, направление которого показано на рисунок 2.28, атонкой линией. Скорость нарастания тока ограничивается индуктивностью дросселя L.
Рисунок 2.28 – Принципиальная схема (а) и осциллограммы при частотном (б) и широтном (в) регулировании транзисторного источника
Регулирование напряжения выполняется частотно-импульсным (рисунок 2.28, б) и широтно-импульсным (рисунок 2.28, в) способами. Если при постоянной длительности включенного состояния транзистора tт увеличить частоту его включений (рисунок 2.28, б), это вызовет сокращение интервала работы дросселя на разрядку tод и, следовательно, увеличение среднего напряженияна выходе источника Uн:
При широтном регулировании частота включения транзистора так же как и период следования импульсов Т=1/f, остается постоянной. В этом случае при увеличении длительности включенного состояния транзистора tT напряжение источника Uи возрастает (рисунок 2.28, в):
Частотное регулирование технически проще осуществимо, при широтном регулировании меньше пульсации тока и выше быстродействие системы управления. Транзисторные источники наибольшее распространение нашли в составе установок для специальных способов сварки.
Приведем технические характеристики нескольких силовых вентилей, используемых в сварочных выпрямителях. Кремниевый диод широко применявшейся ранее неунифицированной серии В2-200-6-1, 60-1,70 — штыревого исполнения с гибким выводом анода на предельный ток 200 А и повторяющееся напряжение 600 В с разбросом прямого падения напряжения 1,6-1,7 В. Кремниевый диод унифицированной серии Д171-400 У2 — штыревого исполнения с гибким выводом катода на предельный ток 400 А. Кремниевый тиристор унифицированной серии ТБ143-320-8 У2 — быстродействующий таблеточного исполнения на предельный ток 320 А и повторяющееся напряжение 800 В. Кремниевый транзистор ТК 152-100-3 У2 — штыревого исполнения на предельный ток коллектора 100 А и максимально допустимое напряжение цепи «коллектор-эмиттер» 300 В.
Модули
Для передачи большей мощности транзисторы соединяют параллельно. Однако возникает опасность их пробоя из-за неправильно подобранных полупроводниковых приборов, а также возникновения паразитных токов и емкостей. Для обеспечения надежной работы в источниках повышенной мощности переключающие устройства создают из транзисторов, диодов и драйверов их управления в одном блоке (chopper – прерыватель). Тенденция к созданию в одном корпусе силовых переключающих приборов, схем их управления, запуска, защиты, регулирования и диагностики проявились в разработке и внедрении разумных силовых модулей (IPM – Intelligent Power Module).
Дата добавления: 2022-05-27; просмотров: 148;