Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Силовые полупроводниковые диоды



Элементы силовой электроники

Полупроводниковый диод -это прибор, который имеет два электрода и содержит один (или несколько) р-n переходов. Диоды могут быть выпрямительными и быстродействующими. Выпрямительные диоды служат для выпрямления переменного тока. Быстродействующие диоды в схемах полупроводниковых преобразователей служат в качестве обратных диодов.

Строение диода, его изображение на принципиальной схеме, а также вольт-амперная характеристика приведены на рис

Рис. Строение, обозначение и характеристика диод

Модель диода представляет собой схему замещения и содержит резистор Ron, индуктивность Lon, источник постоянного напряжения V1, ключ SW. Управляет работой ключа блок логики. При положительном напряжении на диоде происходит его срабатывание (включение) и через диод начинает протекать ток. Размыкание ключа (выключение) осуществляется при снижении до нуля тока, протекающего через диод. Параллельно диоду подключена демпфирующая цепь, называемая Snubber, состоящая из последовательно соединенных резистора R и емкости С. На пиктограмме диода имеются анода и катод к,также порт, обозначенныйm,в котором формируется векторный Simulink-сигнал из двух составляющих. Первая соответствует анодному току, вторая - напряжению на аноде.

Необходимо провести исследования модели однотактного выпрямителя с RL- нагрузкой и измерить токи и напряжения на диоде и нагрузке.

Исходные данные для модели: Питающее переменное напряжения 220В с частотой 50Гц, нагрузка с сопротивлением 2Ом и индуктивностью 5мГн

 

 

Рис.2 SPS-модель полупроводникового диода и окно настройки

параметров диода

Запускаем MATLAB и вызываем два окна: окно обозревателя библиотеки Simulink Librarу Browser, окно модели – через File/New/Model. Расположены окна на рабочем столе. В левой части окна обозревателя следует закрыть дерево

Simulink, открыть дерево SimPowerSystems и активировать строку дерева Electrical Sources(источники электрической энергии). В правой части окна обозревателя откроется раздел Electrical Sources. С помощью ЛКМ нужно перетащить пиктограмму источника переменного напряжения AC Voltage Source в окно модели. Действуя аналогично, в окно модели поочередно перемещают пиктограмму последовательной RCL-цепи Series RCL Branch

из раздела Elements (электротехнические элементы), пиктограмму измерителя напряжения Voltage Measuremtnt и измерителя тока Current Measuremtnt из раздела Measuremtnts (измерительные и контрольные устройства). Из библиотеки Simulink - пиктограммы осциллографа Scope

из раздела Sinks (приемники и измерители сигналов) и Demuxиз раздела

Signal Routing (блоки определяющие маршрут сигналов). Блоки соединяем в схему (рис.2а). К информационному порту m диода подключается осциллограф

Scope через демультиплексор, выделяющий из общего векторного Simulink- -сигнала два раздельных сигнала, выводимых на осциллограф. Осциллограф имеет 4 входа. Количество входов устанавливается вызовом в окне осциллографа Scope кнопкой Parameteps другого окна с именем Parameters Scope и закладкой General - общие параметры, где и устанавливается требуемое число осей.

В блоках настройки параметров производят установку питающего напряжения, сопротивление и индуктивность. Параметры настройки диода приведены на рис.2б. Уменьшение сопротивления в демпфирующей цепи Snubber до 10-20Ом, приводит к появлению высочастотных колебаний. Изменение емкости, также может привести к появлению высокочастотных колебаний.

Необходимо посмотреть и проанализировать временные диаграммы процессов при различных сочетаниях параметров диода и нагрузки.

Рис. Осциллограммы токов и напряжений на диоде и нагрузке

В отчете необходимо представить представить:

Схему SPS-модель полупроводникового диода, временные диаграммы процессов при различных сочетаниях параметров диода и нагрузки.

В отчете привести временные диаграммы переходных процессов при 3-х различных сочетаниях параметров диода и нагрузки.

Объяснить различие полученных результатов

Контрольные вопросы

1. Как выбрать параметры диода?

2. Как изменяется прямое падение напряжения на диоде при изменении проходящего через него тока, если положительный потенциал питающего напряжения приложен к аноду ?

3.На вход схемы, собранной для снятия ВАХ диода подано синусоидальное напряжение. Какую форму имеет напряжение на диоде.?

4. Объясните смысл постановки демпфирующей цепи?

5. Какой сигнал формирует выходной порт?

Тиристор

Тиристор является элементом с четырехслойной полупроводниковой структурой рис.

Рис. Строение, обозначение и характеристики тиристора.

В статическом режиме тиристор находится в трех состояниях:

Запертое состояние пи отрицательном напряжении на аноде относительно катода,

Запертое состояние при положительном напряжении на аноде относительно анода,

Открытое состояние.

Переход из второго состояния в третье называется включением тиристора. Обратный процесс называется выключением тиристора. Таким образом, тиристор является прибором с управляемым напряжением включением.

После включения управляющий электрод теряет свои управляющие свойства и с его помощью невозможно выключить тиристор. Тиристор может выключиться, если его ток станет меньше тока удержания. Обычно считают, что ток удержания равен нулю.

Способы выключения тиристора можно разделить на две:

Коммутация от сети (естественная),

Искусственная коммутация. Она осуществляется от предварительно заряженного конденсатора. Способы искусственной коммутации разнообразны. На рис. показана схема с последовательным узлом коммутации. В этой схеме при включении вспомогательного тиристора Тк к силовому тиристору прикладывается большое обратное напряжение, равное начальному на конденсаторе. Поэтому силовой тиристор практически сразу закрывается, а время для восстановления равно продолжительности действия отрицательного напряжения на тиристоре. Такая коммутация называется «жесткой».

Рис. Схема с «жесткой» коммутацией

На рис показана схема с параллельным узлом коммутации. Время tпв, предоставляемое тиристору для восстановления в этом случае равно продолжительности протекания тока через встречно включенный диод. При этом к тиристору прикладывается обратное напряжения, равное прямому падению напряжения на диоде. Такая коммутация называется «мягкой».

Рис. Схема с «мягкой» коммутацией.

В библиотеке SimPowerSystemимеется упрощенная модель -Thyristorи уточненная модель -Detailed Thyristor

Рис. Модель тиристора в SimPowerSystem, статические вольтамперные характеристики

Упрощенная модель тиристора состоит из резистора Ron , индуктивности Lon, источника постоянного напряжения Vf и ключа SW, соединенных последовательно. Ключ управляется блоком логики. При положительном напряжении на тиристоре и поступлении положительного сигнала на управляющий электрод g, происходит замыкание ключа с пропусканием тока. Выключение тиристора происходит при снижении тока Iak до нуля, протекающего через тиристор

В уточненной модели тиристора длительность управляющего импульса должна быть достаточной, чтобы анодный ток включающегося тиристора был больше тока удержания Ii. Иначе включение не произойдет. При выключении тиристора длительность запирающего отрицательного напряжения «анод катод» должна превышать время выключения тиристора Td. Иначе тиристор включится даже при нулевом управляющем сигнале. Вольтамперные характеристики тиристора приведены на рис. В модели параллельно тиристору подключена демпфирующая цепь.

В окне настройки тиристора: Latching current Ii (A) - величина тока удержания, Turn of time Td(s) - время выключения, Эти величины выдаются для уточненной модели

На выходе порта блок m формирует вектор Simulink - сигнал, содержащий две составляющие – анодный ток и напряжение «анод катод» тиристора.

Далее необходимо выполнить модель однотактного выпрямителя на тиристоре с RL-нагрузкой и измерить токи напряжения на нагрузке.

Исходные данные для модели: питающее переменное напряжение 100В с частотой переменного тока 50Гц, нагрузка с сопротивлением 2ОМ, индуктивность %м Гц, угол отпирания 900.. Собранная модель представлена на рис.2 и выполнена аналогично схеме диодного выпрямителя. Особенностью схемы есть, отпирание тиристора, осуществляется от генератора Pulse Generator , подключенного к порту g, информационный порт m тиристора заглушен. Параметры генератора заданы в окне генератора. Результаты моделирования должны быть представлены в виде временных диаграмм тока через нагрузку и напряжения на нагрузке.

 

Рис.2 SPS- модель тиристора и окно настройки параметров тиристора

Рис. Осциллограммы тока и напряжения на нагрузке.

Полностью управляемый тиристор (GTO). Пиктограмма имеет вид

 

 

Пиктограмма GTO - тиристора

Модель аналогична модели тиристора, приведенной на рис. Особенность состоит в том, что для выключения прибора достаточно снизить управляющий сигнал до нулевого значения. Выключение GTO- тиристора произойдет также при спаде анодного тока до нуля, даже при наличии отпирающего управляющего сигнала. Схеме имеет демпфирующую цепь. Процесс выключения состоит из двух участков: время спада T f (анодный ток уменьшается до 0,1 от тока в момент выключения) и времени затягивания Tt (анодный ток уменьшается до нуля). Эти параметры введены в окно настройки параметров тиристора:Current 10% fall time Tf(s) - время спада тока до уровня 0,1 от тока в момент выключения Current fall time Tt(s) - время затягивания (c) , время за которое ток уменьшится до нуля от уровня 0,1 тока в момент выключения.

 

 

Рис.3 SPS- модель GTO- тиристора и окно настройки параметров тиристора

 

Рис. Осциллограммы тока и напряжения на нагрузке.

В отчете представить:

1.Схему модели однотактного выпрямителя на тиристоре с RC- нагрузкой.

2. Схему модели однотактного выпрямителя на GTO - тиристоре с RC- нагрузкой

3.Временные диаграммы тока через нагрузку и напряжения на нагрузке

Контрольные вопросы

1. Что такое тиристор, GTO – тиристор. Приведите их условные обозначения?

2. Как включить и выключить тиристор?

3. Каким условиям должны отвечать импульсы управления тиристорами?

4. Поясните принцип работы тиристора

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.