(495)510-98-15
Меню
Главная »  Классификация электронных систем 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 [ 133 ] 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184

ГЛАВА СЕДЬМАЯ

МОЩНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ И ИОННЫЕ ПРИБОРЫ; ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В СИСТЕМАХ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТОКА

§ 7.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Электрическая энергия генерируется и распределяется главным образом в виде переменного тока промышленной частоты. Между тем в промышленности и энергосистемах имеется значительное число установок, которые нуждаются либо в постоянном токе (электропривод, электрохимические и электрометаллургические электролизные ванны, подъемные и сварочные устройства), либо в переменном токе непромышленной частоты (регулируемый электропривод переменного тока, установки индукционного нагрева и плавки металлов, ультразвуковые устройства, электровибраторы и ряд других).

В связи с этим возникает потребность в преобразовании переменного тока в постоянный (выпрямлении тока), а также в преобразовании переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты. В последних системах постоянный ток нередко используется как промежуточное звено преобразования тока.

В системах передачи энергии на далекие расстояния звено постоянного тока является важнейшим в связи с теми преимуществами, которые имеет постоянный ток при передаче электрической энергии на далекие расстояния.

Кроме выпрямления тока в системах передачи энергии, возникает необходимость также в преобразовании постоянного тока в переменный в месте потребления энергии. Такой вид преобразования называют инвертированием тока. Инвертор как самостоятельное звено применяется, когда источник энергии генерирует постоянный ток (аккумуляторные батареи, фотогенераторы, магнито-гид-родинамические генераторы), в то время как потребители нуждаются в переменном токе.

Переменный ток промышленной частоты может быть преобразован в переменный ток непромышленной частоты и без промежуточного или явно выраженного звена постоянного тока (система непосредственного преобразования).

В последнее время получили также распространение преобразователи постоянного напряжения одного уровня в постоянное напряжение другого уровня.



Краткое описание и анализ режима работы отдельных видов мощных систем преобразования тока даются в настоящей главе после ознакомления с теми классами приборов, которые применяются в этих системах.

К таким приборам относятся мощные полупроводниковые диоды и тиристоры, а также мощные ионные приборы с ртутным катодом - ртутные вентили.

§ 7.2. МОЩНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ

Физические процессы в мощных полупроводниковых диодах в принципе не отличаются от тех, которые описывались в § 1.4 при рассмотрении маломощных полупроводниковых диодов. Поэтому рассмотрим только те конструктивные особенности и отличия в электрических свойствах, которые определяют высокую нагрузочную способность мощных диодов, а также возможности их параллельного и последовательного включения.

а) Конструктивное выполнение и нагрузочная способность мощных диодов по току при одиночном и параллельном их включении

Мощные полупроводниковые диоды изготовляются обычно из кремния, так как он обеспечивает более высокую теплостойкость, более высокие пробивные напряжения и меньшие обратные токи по сравнению с германием. Только для тех единичных установок, в которых особенно важно иметь минимум прямого падения напряжения AUa, продолжают выпускать германиевые диоды (на токи в 500 и 1000 а) с водяным охлаждением. Среднее значение падения напряжения в таких диодах не превосходит (несмотря на столь большие токи) 0,4-0,5 в.

Конструктивный разрез серийного выпускаемого промышленностью кремниевого диода (тип ВКД-200) на средний ток 200 а приведен на рис. 7.1, д. Рабочим элементом является кристалл кремния / с р- и n-слоями и p-n-переходом между ними.

Слой р создается в исходном монокристалле кремния п-прово-димости (представляющем собой диск диаметром от 10 до 20-25 мм и толщиной 0,35-0,4 мм) введением акцепторных примесей (алюминия и бора) путем диффузии на глубину, примерно равную 0,1- 0,15 мм.

Так как кристалл кремния столь небольшой толщины механически непрочен, то во избежание деформаций и трещин при колебаниях рабочей температуры к кристаллическому диску (до его присоединения к медным теплоотводам) припаиваются снизу и сверху пластинки 3 из никелированного вольфрама или молибдена, коэффициент расширения которых близок к коэффициенту расширения кремния. Эти пластины называют термокомпенсирующими.



Через нижнюю термокомпенсирующую пластину вентильный элемент припаивается к медному основанию корпуса 5, чем обеспечивается высокая тепло- и электропроводность.

Медное основание выполняет одновременно функции внешнего вывода от катода 2, а анодным выводом служит медный жгут 4, припаиваемый к втулке, изолируемой от корпуса стеклянным изолятором 6 (изолятор припаивается к металлу).

Защита кристалла от атмосферных воздействий (антикоррозийная стойкость) достигается в мощных диодах герметизированием корпуса и введением защитно-То покрытия торцов кристалла (эпоксидной смолой).

С целью увеличения количества отводимого тепла мощные диоды, как правило, имеют охладители (радиаторы) при воздушном .естественном или принудительном охлаждении (рис. 7.1, б) или водяную рубашку, привариваемую к корпусу (рис. 7.1, в), при водяном охлаждении.

Для того чтобы предупредить повышение температуры кристалла в диодах (вентилях) против максимально допустимой (140° С в отечественных типах дио-, дов), мощность, пропускаемая диодом, ограничивается тем максимальным значением электрической мощности факт! которое преобразуется в приборе в тепло, и передается затем охлаждающей среде.

На основе закона теплопроводности допускаемая мощность, Передаваемая охлаждающей среде, может быть найдена из равенства уравнение теплопроводности)

ЛР 7}тахдоп~ ?У /71ч

тах.доп-- R t

где RT- тепловое сопротивление на пути теплового потока от р-и-перехода (обладающего более высокой температурой Tjmax) к охлаждающей среде. Тепловое сопротивление определяется отношением разности температур, между наиболее нагретой части прибора и охлаждающей средой, к теплу, рассеиваемому прибором. В качестве


Рис. 7.1. Мощные полупроводниковые диоды:

о - конструктивный разрез диода типа ВКД-200; б - диод типа ВКД-200 с радиатором воздушного охлаждения; в - диод типа бКДВ-350 с водяным охлаждением



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 [ 133 ] 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184



© 2018 ООО "Стрим-Лазер": Лазерная гравировка.
Все права нотариально заверены. Копирование запрещено.