Вентили с полным управлением

Вентили с полным управлением характеризуются тем, что их можно отпереть и запереть воздействием только по цепи управления при наличии на них прямого напряжения.

К ним относятся: запираемые тиристоры (обозначаемые GTO) и силовые транзисторы (обозначаемые IGBT):

n биполярные,

n полевые и

n комбинированные,

n биполярные с изолированным затвором.

Запираемые тиристоры (GTO-тиристоры)отличаются от обычных тем, что их можно запереть подачей короткого, но мощного импульса тока обратной полярности в цепь управляющего электрода.

В нем весь ток включения/выключения коммутируется через управляющий электрод.

Поэтому почти на порядок сокращаются времена коммутации, а значит и коммутационные потери.

Транзисторы. Принципиальным отличием транзисторов от запираемых и обычных тиристоров, которые включаются и выключаются короткими импульсами управления, является то, что для них необходимо наличие сигнала управления в течение всего времени прохождения прямого тока через транзистор.

Условное обозначение: а) GTO-тиристор б) IGCT-тиристор

1)Биполярный транзистор позволяет управлять в десятки раз большим током через переход база – коллектор путем изменения тока перехода база – эмиттер.

2)Полевые транзисторы в отличие от биполярных транзисторов, работающих с двумя типами носителей тока – электронами и дырками, полевые транзисторы используют один (униполярный) тип носителя тока.

3)Полевые транзисторы с изолированным затвором. В этих транзисторах затвор отделен от канала тонкой диэлектрической пленкой, и поэтому во входной цепи транзистора тока нет.

4)Комбинированные транзисторы. Это прибор, конструктивно объединяющий полевой транзистор с изолированным затвором (на входе) и биполярный транзистор (на выходе), названный биполярным транзистором с изолированным затвором (БТИЗ) или транзистором IGBT. Он имеет высокое входное сопротивление и не требует в статике мощности на управление, как полевой транзистор.

21. Общие принципы создания полупроводниковых аппаратов постоянного тока, Схемы искусственной коммутации, недостатки схемы рис.1,а.

Переключение тиристора в проводящее состояние осуществляется подачей управляющего сигнала с определенной длительностью и амплитудой.

После снятия управляющего импульса тиристор остается включенным неограниченно долго, если ток в анодной цепи его не снижается до величины, меньшей тока удержания Iн. В СЭА постоянного тока применяется искусственная коммутация тиристоров.

Схемы искусственной коммутации

В схеме на рис.1,а отключение тока нагрузки осуществляется размыканием механического контакта S1 , включенного последовательно с тиристором VS.

По истечении времени, достаточного для восстановления управляемости тиристором, контакт S1 может быть вновь замкнут. Цепь при этом остается разомкнутой, так как тиристор находится в выключенном состоянии. Аналогично схема работает и при кратковременном шунтировании тиристора замыкаемым контактом S2, (рис.1,а штриховыми линиями). Недостатки схемы рис.1,а

u Через механические контакты протекает полный ток нагрузки, и они должны быть на него рассчитаны.

u Тиристоры при возврате контактов в исходное состояние подвергаются воздействию прямого напряжения с высокими значениями du/dt

Улучшенным вариантом исполнения коммутационного устройства является схема, приведенная на рис.1,б

Включение схемыВ исходном состоянии тиристор закрыт, напряжение на нагрузке Rн и конденсаторе Cк отсутствует. Включение схемы осуществляется управляющим сигналом, который необходимо подать на вход тиристора (управляющий электрод-катод). При этом одновременно с током нагрузки Iн=U/Rн через тиристор протекает ток зарядки конденсатора Сн.

Конденсатор заряжается через резистор R1 с указанной на рис.1,б полярностью за время, определяемое постоянной времени цепи t =R1Cк.

Выключение схемыПоследующим замыканием контакта S заряженный до напряжения источника питания конденсатор Ск подключается параллельно тиристору.Он начинает разряжаться. Ток разрядки протекает через тиристор в направлении, противоположном анодному току.

При условии ic > Iн тиристор выключается и нагрузка обесточивается.

ВыводыВ рассмотренных схемах прерывание тока обеспечивается традиционными контактными аппаратами.

Поэтому наличие в них тиристоров не дает никаких преимуществ.

Основное назначение таких аппаратов:1)подключение нагрузок с высокой точностью по времени, 2)осуществление изменений параметров цепей (R,L,C) при различных экспериментальных исследованиях переходных процессов,

3)автоматическое подключение источников питания и др.