Повна версія

Головна arrow Техніка arrow ЕЛЕКТРОННІ АПАРАТИ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

ПЕРІОДИЧНА КОМУТАЦІЯ ТА РЕЖИМИ РОБОТИ КЛЮЧІВ

Статистичні режими роботи. Розрахунок статистичних втрат потужності

Останнім часом в електротехніці істотно розширюються області використання силових електронних ключів, що працюють в режимах періодичної комутації на підвищених частотах. Прикладом можуть служити пристрої для поліпшення якості електроенергії (силові активні і гібридні фільтри, компенсатори реактивної потужності, імпульсні регулятори і ін.) На основі силових електронних перетворювачів змінного / постійного струму з імпульсним керуванням [4]. При цьому електронні ключі періодично включаються і вимикаються з високою частотою по заданих алгоритмах - відбувається чергування статичних (сталих) режимів роботи, відповідних проводить (замкнутому) і непровідних (розімкненим) станів ключа. Процеси зміни станів провідності (з включеного у вимкнений і навпаки) називаються динамічними (перехідними) режимами або комутаційними процесами. Як в статичному, так і в динамічному режимі в напівпровідниковому ключі виникають втрати потужності, що залежать від статичних і динамічних ВАХ. Розглянемо ці процеси більш докладно.

Основна характеристика ключа в сталих режимах - його статична ВАХ, тобто залежність струму ключа i s від напруги на ньому u s , отримана при нескінченно повільному зміні струму і напруги. На рис. 1.18 представлені умовне позначення ідеального ключа S і його ВАХ. Прямі (позитивні) струми і напруги часто позначають як i SF і u SF , а зворотні - як i SR і u SR . Згідно ВАХ ідеального ключа у включеному стані u s = 0 при будь-якому значенні струму i s , і навпаки, в вимкненому стані i s = 0 при будь-якому значенні напруги u s . Слід зазначити, що час включення і виключення ключа, а також потужність, що витрачається на управління, теж приймаються рівними нулю.

Ідеальний ключ

Мал. 1.18. Ідеальний ключ:

а - умовне позначення ідеального ключа; б - ВАХ ідеального ключа

На відміну від ідеального ключа всі види реальних ключів в провідному стані мають падіння напруги, а у вимкненому - пропускають прямий або зворотний струм витоку. У загальному випадку статична ВАХ реального ключа має нелінійний характер і описується аналітичними рівняннями трансцендентного виду. Для спрощення аналізу ланцюгів, що містять електронні ключі, ВАХ останніх аппроксимируются простішими математичними функціями, що дозволяє провести попередню оцінку сталих електричних параметрів ланцюга, що містить такі ідеалізовані ключі. Найбільш простий і поширеною аппроксимацией ВАХ електронних приладів є їх представлення у вигляді кусочно-лінійних функцій. На рис. 1.19, а показана типова ВАХ діода, а на рис. 1.19, б - один з варіантів апроксимувати (линеаризованной) характеристики. Відповідно схеми заміщення ключа в сталих режимах при різних значеннях напруги можуть бути представлені схемами лінійних ланцюгів, що складаються з опорів і джерел напруги і струму. Для розглянутої ВАХ у включеному стані (при u s > AU) діод замінюється джерелом напруги AU і резистором (рис. 1.19, в), опір якого визначається нахилом відповідної ділянки ВАХ: /? вкл пропорційно ctga; протікає прямий струм i SF . У вимкненому стані при 0 < u s <A U діод не пропускає струм, а його схема заміщення являє собою розімкнутий ключ. У закритому стані при негативній напрузі діод замінюється опором /? ВЬШ1 , величина якого залежить від кута нахилу (3 відповідного лінійного ділянки ВАХ (див. Рис. 1.19, б, в), через вимкнений діод протікає зворотний струм витоку i SR .

Таким чином, представляючи напівпровідниковий ключ схемами заміщення на інтервалах включеного і вимкненого станів, можна розрахувати статичні втрати - втрати потужності в ключі у включеному і вимкненому станах при його періодичному перемиканні, які визначаються як середнє значення миттєвої потужності ключа:

де Т - період перемикання; ? вкл - час включеного стану ключа; ^ викл = (Т - ^ вкл) - інтервал часу, протягом якого ключ вимкнений;

%, вкл - ток ключа і напруга на ключі на інтервалі? вкл ; i s викл, і $ викл " Т () К і напруга на інтервалі? викл .

Слід зазначити, що в схемах з джерелом змінної напруги, мінливого з частотою / = 1 / Т, включення діода відбувається в момент, коли напруга на діоді стає більше порогового значення A U, а момент включення тиристора визначається моментом подачі сигналу управління. Вимкнення діода (тиристора) відбувається в момент зниження струму до нуля, отже, залежить від характеру комутованою навантаження. Для розглянутої ВАХ діода (див. Рис. 1.19, б) вираз (1.4) запишеться наступним чином:

де Т = i / f- період зміни напруги; t x - момент включення діода; ? вкл - інтервал часу, протягом якого діод находітея у включеному стані; t 2 - момент вимикання; ? викл - час вимкненого стану (при негативній напрузі на діоді).

Приклад апроксимації ВАХ діода і схеми його заміщення

Мал. 1.19. Приклад апроксимації ВАХ діода і схеми його заміщення:

а - реальна ВАХ діода; б - лінеаризоване ВАХ; в - схеми заміщення діода

 
<<   ЗМІСТ   >>