ТИРИСТОРЫ РЕФЕРАТ. ТИРИСТОРЫ. Неуправляемые выпрямители

• Название: Неуправляемые выпрямители
• Анкор: ТИРИСТОРЫ РЕФЕРАТ
• Дата: 06.06.2022
• Размер: 402.49 Kb.
• Имя файла: ТИРИСТОРЫ.docx
• Тип: Реферат; #573273

СОВМЕСТНЫЙ БЕЛОРУССКО-УЗБЕКСКИЙ МЕЖОТРАСЛЕВОЙ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ КВАЛИФИКАЦИЙ В

ГОРОДЕ ТАШКЕНТЕ
Направление: Метрология, стандартизация и менеджмент качества

РЕФЕРАТ

по дисциплине Электроника

Тема: НЕУПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ
Подготовил: Латипов.Ш

(студент 1^{курса 201} группы)

Проверил: _Исамов.С

(PhD, доцент)

Ташкент – 2022

Содержание
Введение

1. Устройство и основные виды тиристоров

2. Вольт-амперная характеристика тиристора

3. Режимы работы триодного тиристора

3.1 Режим обратного запирания

3.2 Режим прямого запирания

3.3 Режим прямой проводимости

4. Классификация тиристоров

4.1 Отличие динистора от тринистора

4.2 Отличие тиристора триодного от запираемого тиристора

4.3 Симистор

5. Характеристика тиристоров

6. Применение

7. Литература

ВВЕДЕНИЕ

“Силовая промышленная электроника “ относится к числу наиболее важных курсов для подготовки современных инженеров электриков, электромехаников.

Электроника охватывает обширный раздел науки и техники, связанный с изучением и использованием различных физических явлений, а также разработкой и применением устройств, основанных на протекании электрического тока в вакууме, газе и твердом теле.

Силовая промышленная электроника (применение электроники в промышленности, на транспорте, в электроэнергетике) и радиоэлектроника (применение электроники в радиотехнике, телевидении) являются важнейшими составными частями электроники, рассматриваемой в широком смысле.

В свою очередь, в промышленную электронику, обеспечивающую разнообразные виды техники электронными устройствами измерения, контроля, управления и защиты, а также электронными системами преобразования энергии, входят:

1. Информационная электроника, к которой относятся электронные системы и устройства, связанные с измерением, контролем и управлением промышленными объектами и технологическими процессами;

2. Силовая промышленная электроника (преобразовательная техника), связанная с преобразованием вида электрического тока для целей электропривода, электрической тяги, электротермии, электротехнологии, электроэнергетики и т. д.

Силовая промышленная электроника постоянно развивается. Это определяется в первую очередь непрерывным совершенствованием ее элементной базы. Элементная база промышленной электроники прошла несколько этапов развития.

Начало развития этого направления было положено созданием электровакуумных и газоразрядных приборов.

Низкая надежность, сложность эксплуатации, большая потребляемая мощность, громоздкость реализации явились в последующем тормозящими факторами расширения областей применения промышленной электроники, а газоразрядные приборы используются преимущественно в виде элементов индикации.

Развитию информационной электроники способствовало создание в 1948г. транзистора, а в энергетической электронике – разработка и последующее совершенствование силовых полупроводниковых приборов (диодов, транзисторов и тиристоров).

Состояние элементной базы силовой электроники ( свойства, параметры и характеристики электронных вентилей) определяет каждый этап ее развития.

Твердотельные полупроводниковые приборы, сменившие вакуумные и газонаполненные, произвели в силовой электронике настоящую революцию.

Их малые масса и габариты, удобство в эксплуатации, высокая надежность, широкий диапазон номинальных параметров по току и напряжению, простота группового соединения и другие известные преимущества обеспечили радикальное улучшение технико-экономических и эксплуатационных показателей преобразовательного оборудования.

Общая тенденция улучшения указанных показателей в условиях возрастающей сложности электронной аппаратуры на дискретных компонентах ведет ее к интегральному исполнению.

Начиная с 70-х годов большая часть электронной аппаратуры стала производиться на интегральных микросхемах с широким внедрением микропроцессорных систем непосредственного цифрового управления.

Развитие силовой прмышленной электроники стимулируется возрастающим требованием повышения удельного веса электроэнергии, потребляемой на постоянном токе и на переменном токе нестандартной частоты, а также непрерывным совершенствованием элементной базы - увеличением единичной мощности силовых полупроводниковых приборов, улучшением их динамических показателей, появлением приборов новых типов, в том числе запираемых тиристоров (GTO, IGCT) и мощных полевых транзисторов с запираемым затвором (IGBT).

1. НЕУПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ
Выпрямителем называют устройство, предназначенное для преобразования энергии источника переменного тока в постоянный ток. Структурная схема системы преобразования электрической энергии показана на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Структура выпрямителя

Трансформатор выполняет функции согласования напряжения, если по условиям работы требуется увеличить или уменьшить напряжение на нагрузке при неизменном напряжении питающей сети.

Выпрямительное устройство преобразует переменное напряжение в постоянное. На выходе этого устройства получается пульсирующее постоянное напряжение, где постоянная составляющая Ud определяет среднее значение выпрямленного напряжения.

Кривая выпрямленного напряжения помимо постоянной составляющей содержит переменную (пульсирую­щую) составляющую. Наличие переменной составляющей в подавляющем большинстве случаев является нежелательным. Поэтому осуществля­ют фильтрацию выпрямленного напряжения или тока с помощью специальных фильтров. Наличие сглаживающих фильтров оказывает существенное влияние на режим работы выпрямителя и его элементов. Поэтому в силовой электронике применяемые элементы, из которых создается фильтр, должны иметь высокий коэффициент полезного действия. Этому условию полностью отвечают только фильтры, выполненные на базе чисто реактивных элементах (индуктивность, емкость).

Между сглаживающим фильтром и нагрузкой иногда подключают стабилизатор напряжения, который поддерживает постоянным по величине напряжение на нагрузке.

Включение в сеть переменного тока приборов, способных проводить ток только в одном направлении, вносит существенные особенности в режим работы элементов преобразователя и источника питания переменного тока. Для обеспечения надежной работы всего преобразовательного комплекса необходимо определить основные режимы каждого элемента, по которым можно правильно выбрать вентиль, трансформатор, состав фильтра по условиям нормальной работы и нагреву этих элементов звена.

Наличие питающей сети переменного тока создает определенную общность электромагнитных процессов, протекающих в этих преобразователях. Принятая последовательность рассмотрения преобразователей позволяет перенести ряд положений, получаемых из анализа одного типа, на другие типы.

Все преобразователи строят с использованием диодов, транзисторов и тиристоров средней и большой мощности. Общим свойством этих приборов является то, что они могут находиться в двух резко различающихся состояниях:

1. 
   закрытом при действии обратного напряжения; 2) открытом - при действии прямого напряжения. Приборы такого типа получили название электрических вентилей.
   

Кремневые диоды и тиристоры, используемые в преобразователях средней и большой мощности, имеют обратные токи минимум на 3-4 порядка меньше, чем прямые токи, протекающие через них в открытом состоянии. При этом прямые падения напряжения на вентилях обычно в 100-1000 раз меньше, чем действующие напряжения в их анодных цепях постоянного или переменного тока. Это позволяет при анализе процессов в преобразователе средней и большой мощности, как правило, пренебречь токами вентилей при их закрытом состоянии и падением напряжения на вентилях при их открытом состоянии. Поэтому при рассмотрении схем выпрямителя вентили будем считать идеальными и заменять их электрическими ключами.

При рассмотрении материала удобнее изучение схем выпрямителей и вывод основных соотношений начать с изучения неуправляемых выпрямителей при работе на чисто активную нагрузку
1.1.Однофазные неуправляемые выпрямители
Однофазные выпрямители на большие мощности применяются на железнодорожном транспорте, электрифицированном на переменном токе. Их используют также в некоторых видах сварочных устройств, электровибраторах и т.д.
а) Однофазная однополупериодная схема выпрямления
На рис. 1.2 приведена схема и диаграмма однополупериодного выпрямителя при чисто активной нагрузке.


Рис 1.2. Схема (а) и линейные диаграммы (б) для однофазного выпрямителя

Расчет схемы следует начинать с установления связи между выпрямленным напряжением и переменным напряжением вторичной обмотки трансформатора. Среднее значение выпрямленного напряжения за период равно постоянной составляющей этого напряжения и определяется интегрированием переменного напряжения в пределах полупериода, поскольку мгновенное значение выпрямленного напряжения за второй период равно нулю

(1.1)

откуда

(1.2)

Среднее значение тока через вентиль
(1.3)

Максимальное значение этого тока

Iamax = Idmax= . (1.4)

Обратное напряжение, воспринимаемое вентилем, характеризуется кривой обратной полярности напряжения на вентиле

. (1.5)
По найденным значениям Ia, Iamax и Ubmax может быть на основе каталожных данных выбран требуемый вентиль.
Расчет параметров обмоток трансформатора
Действующее значение напряжения вторичной обмотки при заданном Ud определяется из формулы (1.2). Действующее значение тока этой обмотки определяется по выражению

. (1.6)

Заметное превышение действующего значения тока над средним является характерным для вентильных схем. Кривая первичного тока I₁, построенная вместе с кривой первичного напряжения U₁ на рис. 1.2 (в предположении, что коэффициент трансформации k=1), с первого взгляда мало напоминает кривую вторичного тока I₂. В то время как ток I₂ содержит только положительные значения, ток I₁ имеет и положительные и отрицательные значения. При пренебрежении намагничивающим током, в установившемся режиме, кривая тока I₁ отличается от тока I₂ только своим положением по отношению оси абсцисс. Из этого следует, что кривая I₁ смещена по отношению к этой оси на величину постоянной составляющей, равной среднему значению выпрямленного тока Id.

Это значит, что нагрузочная составляющая в кривой первичного тока I₁ отличается от кривой тока I₂ только постоянной составляющей Id, которая при трансформации первичного тока исключается.

Величина постоянной составляющей, в соответствии с формулой (1.6), определяется из равенства

. (1.7)

Отличие первичного тока от вторичного на величину постоянной составляющей при учете коэффициента трансформации приводит к равенству

. (1.8)

Ток холостого хода может получаться значительным в силу наличия постоянной составляющей магнитного потока.

Действующее значение первичного тока без учета тока холостого хода

. (1.9)

Определив токи первичной и вторичной обмоток и зная их напряжения, можно найти расчетные мощности обмоток трансформатора по условиям теплового режима.

Расчетная мощность вторичной обмотки

. (1.10)

Расчетная мощность первичной обмотки без учета повышенного значения тока холостого хода

. (1.11)

При учете повышения первичного тока за счет тока намагничивания Р1 может достигнуть значения Р1 (4 –5)Pd .

Среднеарифметическая сумма из Р1 и Р2 дает расчетную или типовую мощность трансформатора

. (1.12)

При повышенных значениях тока холостого хода Рт может достигнуть значения 4Pd.

Множители при Pd показывают во сколько раз могла бы быть увеличена пропускаемая мощность через трансформатор при работе его на активное сопротивление при чисто переменном токе.

Относительно большой вес трансформатора, плохое использование в нем стали и меди, а так же большие пульсации тока являются неблагоприятными показателями для схемы однополупериодного выпрямителя. Однако, рассмотренная теория является основной для построения многофазных схем выпрямителя.
б) Однофазная двуполупериодная схема с нулевым выводом
Схема выпрямителя показана на рис. 1.3. Обязательным элементом выпрямителя является силовой трансформатор с двумя вторичными обмотками. Схема соединения обмоток такова, что одинаковые по величине напряжения на выводах вторичных обмоток относительно общей (нулевой) точки сдвинуты по фазе на 180°. Вторичные обмотки трансформатора подключены к анодам диодов. Выходное напряжение Ud снимается между нулевой точкой трансформатора и общей катодной точкой.
Основные соотношения между токами и напряжениями в схеме
Среднее значение выпрямленного напряжения

(1.13)

отсюда

(1.14)

Ток, протекающий в нагрузке

(1.15)

Ток, протекающий через вентиль

Рис. 1.3. Схема однофазного двухполупериодного выпрямителя с нулевым

выводом и временные диаграммы



(1.16)

Максимальное значение тока через вентиль

(1.17)

Обратное напряжение прикладывается к закрытому диоду, когда проводит другой диод. В результате будет действовать суммарное напряжение двух вторичных обмоток, в связи с чем и максимальное обратное напряжение определяется по выражению

(1.18)

Действующее значение тока

(1.19)

Ток в первичной обмотке трансформатора имеет синусоидальную форму и для каждого полупериода определяется током вторичной обмотки с учетом коэффициента трансформации k.

Ток находим, определив амплитуду тока во вторичной цепи

(1.20)

откуда

(1.21)

Расчет мощности обмоток трансформатора

(1.22)

(1.23).

Типовая мощность

. (1.24)

в) Однофазная мостовая схема выпрямления
В схему выпрямителя (рис. 1.4) входят силовой трансформатор с одной вторичной обмоткой и выпрямительный мост из четырех вентилей.

Выходное напряжение при чисто активной нагрузке, как и в однофазной двухполупериодной схеме с нулевым выводом, имеет вид однополярных полуволн напряжения . Это получается в результате поочередного отпирания диодов VD1, VD4 и VD2, VD3.
(1.25)

По аналогии получаются и другие соотношения

(1.26)
. (1.27)
(1.28) (1.29)

. (1.30)

(1.31)


Рис.1.4. Схема (а) и линейные диаграммы для однофазной мостовой

схемы выпрямителя (б)

мощности производится от трехфазных выпрямителей. При выпрямлении трехфазного переменного тока достигается лучшее качество выпрямленного напряжения за счет снижения амплитуды пульсаций. Напряжение трехфазных выпрямителей легче подвергается сглаживанию, так как частота пульсаций здесь существенно выше, чем в однофазных выпрямителях. Облегчающим фактором в построении выпрямительных установок рассматриваемого диапазона мощностей служит и меньшая загрузка вентилей трехфазных схем по току и напряжению. Из выпрямителей трехфазного тока находят применение две основные схемы выпрямления – трехфазная с нулевым выводом и трехфазная мостовая.

Трехфазный выпрямитель с нулевым выводом обмотки трансформатора

В схему трехфазного неуправляемого выпрямителя с нулевым выводом входит трансформатор со вторичными обмотками, соединенными звездой. Первичные обмотки соединяются звездой или треугольником. Выводы вторичных обмоток связаны с анодами трех вентилей. Нагрузка подключается к общей точке соединения катодов вентилей и нулевому выводу вторичных обмоток. Принцип действия иллюстрируется временными диаграммами

на рис.1.5. На рис. 1.5 б показана трехфазная система вторичных напряжений трансформатора относительно нулевой точки (фазные напряжения Е_2а, Е_2в, Е_2с). В силу того, что нагрузка подключена к нулевому выводу вторичных обмоток и общей точке соединения катодов вентилей, последние способны проводить ток только при положительной полярности вторичных напряжений.