Управляемые выпрямители выполняются на базе: 4. Управляемые выпрямители. Электропитание устройств и систем связи — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Управляемый выпрямитель — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Управляемый выпрямитель

Cтраница 1

Управляемый выпрямитель может быть механическим и электронным. В практике магнитных измерений часто применяются механические выпрямители, недостатком которых является лишь ограниченный частотный диапазон. На повышенных частотах пользуются электронными схемами. [2]

Управляемые выпрямители позволяют с помощью замкнутой системы управления стабилизировать выходное напряжение на заданном уровне. Внешними характеристиками такого выпрямителя должны обладать силовые преобразователи, обеспечивающие на выходных клеммах стабильное напряжение UdV & Ud при изменении тока нагрузки от 0 1 lda до Ida и колебаниях напряжения питающей сети от А / 7С до — Д ( УС. [3]

Управляемый выпрямитель используется для питания инверторов напряжения с регулировкой выходного напряжения за счет изменения постоянного напряжения, если также не требуется изменения направления потока мощности. [4]

Управляемый выпрямитель со схемой соединений ЗФШЗП работает на нагрузку, состоящую из резистора с сопротивлением Ra и реактора с индуктивностью LdK. [6]

Управляемые выпрямители чаще всего используются для управления двигателем по цепи якоря. Источником энергии для управляемых выпрямителей является сеть переменного тока. Принцип управления состоит в том, что в положительный полупериод питающего напряжения тиристор, подобно ключу, открывается и подает напряжение к двигателю лишь часть этого полупериода. [8]

Управляемый выпрямитель отрицательно влияет на питающую сеть переменного тока. Во-первых, он потребляет из сети несинусоидальный ток. Во-вторых, он сдвигает фазу потребляемого гока относительно питающего напряжения. [9]

Управляемые выпрямители позволяют одновременно с выпрямлением переменного напряжения осуществлять плавное регулирование в широких пределах среднего значения выпрямленного напряжения. [10]

Управляемые выпрямители используются и в качестве измерительных преобразователей активного или реактивного тока. Таким является кольцевой диодный демодулятор [15], выпрямляющий одну из синусоидальных электрических величин ( управляемую) при переключении диодов второй синусоидальной электрической величины — управляющей. [11]

Управляемый выпрямитель как ИП фазы выполняется на диодах или на интегральном операционном усилителе ( рис. 8.15, а) с транзисторными переключателями SA в их цепях и на маломощных тиристорах. Выпрямляется опорное напряжение с неизменной амплитудой, а входное напряжение с изменяющейся ( часто в очень широких пределах) амплитудой управляет переключателями. [13]

Управляемые выпрямители в режиме зарядки накопителя создают значительные импульсные помехи в каждом полупериоде питающей сети. Для сглаживания пиков зарядного тока последовательно с накопительным конденсатором включается токоограничивающий индуктивный элемент. Высокая эффективность таких зарядных цепей достигается при частотах повторения разрядных импульсов, много меньших частоты сети. [14]

Страницы: 1 2 3 4 5

Управляемые выпрямители выполняются на базе — КиберПедия

диодов

полевых транзисторов

биполярных транзисторов

тиристоров +

Нормальный режим работы транзистора p-n-р обеспечивается подключением источников напряжения:

позиция 1 — минус Ек, позиция 2 — плюс Ек +

позиция 1 — плюс Ек, позиция 2 — минус Ек

позиция 1 — минус Ек, позиция 2 — минус Ек

позиция 1 — плюс Ек, позиция 2 — плюс Ек

В биполярном p-n-p транзисторе коллекторный и базовый токи связаны следующим соотношением

i_к > i_б

i_к < i_б+

i_к = i_б

Для усиления сигнала с малыми искажениями транзистор используется в режиме

активном

насыщения

отсечки

пробоя

Зависимость тока коллектора транзистора при постоянном токе базы – это

выходная характеристика +

входная характеристика

вольтамперная характеристика

амплитудно-частотная характеристика

Прибор, имеющий 2 взаимодействующих р-n перехода, называется:

биполярный транзистор +

стабилитрон

усилитель

синхронизатор

Работа биполярного транзистора основана

на использовании основных носителей заряда +

на использовании интегральных микросхем

на наличии удельного сопротивления

Полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены потоком основных носителей, протекающим через проводящий канал и управляемый электрическим полем — это:

полевой транзистор +

биполярный транзистор

стабилитрон

диод

База – это

электрод, подключенный к центральному слою +

электрод, подключенный к внешнему слою

место, где хранится важная информация

нет варианта

Эмиттерный переход имеет обратное включение, а коллекторный переход — прямое в режиме

инверсном

активном +

насыщения

отсечки

Достоинством схемы с общим коллектором является

большое входное сопротивление +

малое входное сопротивление

малое выходное сопротивление

усиление напряжения

Введите с клавиатуры Ваш вариант ответа и нажмите кнопку «Ответить»

На условном графическом обозначении биполярного транзистора вывод базы обозначен номером ____2_

На условном графическом обозначении биполярного транзистора вывод эмиттера обозначен номером __3____

На условном графическом обозначении биполярного транзистора вывод коллектора обозначен номером ____1__

Выберите один правильный вариант и нажмите кнопку «Далее»

В схеме с общим эмиттером ОЭ происходит

усиление мощности +

усиление только напряжения

усиление только тока

уменьшение напряжения

При определении параметра h21 транзистора напряжение на выходе U_н

U_н = 0

U_н > 0 +

U_н < 0

Схема является

схемой с общим эмиттером

схемой с общей базой

схемой с общим коллектором +

схемой с общим катодом

Анод — это

вывод тиристора со знаком «+» +

вывод тиристора со знаком «–»

управляющий вывод тиристора

управляющий вывод триода

Введите с клавиатуры Ваш вариант ответа и нажмите кнопку «Ответить»

Тринистор с управлением по катоду имеет условное графическое обозначение__4____

1 2 3 4

Тринистор с управлением по аноду имеет условное графическое обозначение__3____

1 2 3 4

Фотодиод имеет условное графическое обозначение____4__

1 2 3 4

Выберите один правильный вариант и нажмите кнопку «Далее»

Управляемые выпрямители однофазного тока — n1.docx

Управляемые выпрямители однофазного тока
скачать (160.3 kb.)
Доступные файлы (1):

n1.docx

Содержание
Введение……………………………………………………………………….3

Режим активной нагрузки………………………………………………4
Индуктивность в цепи нагрузки……………………………………….7
Однофазный мостовой управляемый выпрямитель………………….10

Заключение…………………………………………………………………….12

Список литературы……………………………………………………………13

Введение
С помощью выпрямителей осуществляется преобразование энергии переменного тока в энергию постоянного тока. В промышленных установках применяют различные схемы выпрямления переменного тока в постоянный, каждая из которых имеет свои достоинства и недостатки. При сравнении различных схем выпрямления учитывают следующие их технические характеристики: число полупроводниковых приборов, коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения, габаритную мощность трансформатора.

В большинстве случаев применения выпрямителей средней и большой мощности приходится решать задачу управления средним значением выпрямленного напряжения U_d. Это обусловливается необходимостью стабилизации напряжения на нагрузке в условиях изменения напряжения питающей сети или тока нагрузки, а также регулирования напряжения на нагрузке с целью обеспечения требуемого режима ее работы (например, при управлении скоростью двигателей постоянного тока).

Регулирование выходного напряжения выпрямителей может осуществляться трансформатором с отпайками на вторичной стороне или автотрансформатором. Регулирование сводится здесь к изменению напряжения U₂, которому пропорционально напряжение U_d. Существуют также другие способы регулирования, связанные, например, с введением подмагничиваемых постоянным током дросселей насыщения в цепи первичной или вторичной обмотки трансформатора.

Значительно более широкое применение для регулирования напряжения на нагрузке получил фазовый способ, основанный на управлении во времени моментом отпирания вентилей выпрямителя. Он базируется на использовании в схеме выпрямителя управляемых вентилей — тиристоров, в связи с чем выпрямитель называют управляемым.

Однофазные управляемые выпрямители выполняют по схеме с нулевым выводом трансформатора и мостовой схеме. Принцип действия и характеристики однофазных управляемых выпрямителей рассмотрим на примере схемы с нулевым выводом, а для мостовой схемы укажем лишь ее особенности.

Режим активной нагрузки.

Схема однофазного управляемого выпрямителя с нулевым выводом, выполняемая по аналогии со схемой неуправляемого выпрямителя, приведена на рис. 1. Ее анализ будем проводить для двух видов нагрузки — чисто активной и активно-индуктивной. Примем вначале нагрузку чисто активной (ключ К₁ включен, ключ К ₂ выключен).

Рис. 1. Схема однофазного управляемого выпрямителя с нулевой точкой трансформатора
Режиму активной нагрузки соответствуют временные диаграммы, приведенные на рис. 2, а — е. Пусть на входе выпрямителя действует положительная полуволна напряжения сети и₁(рис. 2, а), чему соответствуют полярности напряжений на обмотках трансформатора, указанные на рис. 1 без скобок. Напряжение на выходе выпрямителя u_d = 0 (рис. 2, в). К тиристорам Т₁, Т₂ прикладывается суммарное напряжение двух вторичных обмоток трансформатора. На тиристоре Т₁ действует напряжение в прямом направлении, а на тиристоре Т₂ — в обратном. Если сопротивления непроводящих тиристоров при прямом и обратном напряжениях считать одинаковыми, то на интервале 0 —?₁ напряжение на тиристорах (с учетом соответствующей полярности) будет определяться величиной (u_2-1— u_2-2)/2= u₂

рис. 2, е).

В момент времени ?₁, определяемый углом ?, от системы управления СУ выпрямителя поступает импульс на управляющий электрод тиристора Т₁ (рис.2, б). В результате отпирания тиристор Т₁подключает нагрузку R_н на напряжение u_2-1= u₂ вторичной обмотки трансформатора. На нагрузке на интервале ?₁— ? формируется напряжение u_d (рис. 2, б), представляющее собой участок кривой напряжения u_2-1= u₂. Через нагрузку и тиристор Т₁ протекает ток (рис. 2, г). При переходе напряжения питания через нуль (?=?) ток тиристора Т₁ становится равным нулю и тиристор закрывается.

Рис. 2. Временные диаграммы, иллюстрирующие принцип действия однофазного управляемого выпрямителя с нулевым выводом при чисто активной нагрузке
На интервале ?₂— ? = ? полярность напряжения питания изменяется на противоположную. На этом интервале оба тиристора выпрямителя закрыты. К тиристору Т₁ (рис. 2, е) прикладывается обратное напряжение, а к тиристору Т₂ — прямое напряжение, равное и₂.

По окончании указанного интервала подается отпирающий импульс на тиристор Т₂. Отпирание этого тиристора вызывает приложение к нагрузке напряжения той же формы, что и на интервале проводимости тиристора Т₁. Через нагрузку и тиристор протекает ток i_а= i_а2=и_d/R_h (рис. 2, б).

На интервале 2? — ?2, проводимости тиристора Т₂ напряжения двух вторичных обмоток трансформатора подключаются к тиристору Т₂,вследствие чего с момента отпирания тиристора Т₂на тиристоре Т₁ действует обратное напряжение, равное 2и₂(рис. 2, е). Максимальному обратному напряжению соответствует значение

где — действующее значение вторичного напряжения трансформатора. В последующем процессы в схеме следуют аналогично рассмотренным. Токи вторичных обмоток трансформатора определяются токами тиристоров Т₁, Т₂ (рис. 2, г, д). Первичный ток i₁ (рис. 2, а) связан с вторичными токами коэффициентом трансформации трансформатора и имеет паузы на интервалах ?. Его первая гармоника имеет фазовый сдвиг в сторону отставания относительно напряжения питания.

Рис. 4. Регулировочная характеристика однофазного управляемого выпрямителя

Рис.3. Кривые выходного напряжения однофазного выпрямителя при чисто активной нагрузке и различных углах управления ?
Как указывалось, одной из важнейших особенностей управляемого выпрямителя является его способность регулировать среднее значение выпрямленного напряжения U_d при изменении угла ?(рис.2,е). При ? = 0 кривая выходного напряжения и_d соответствует случаю неуправляемого выпрямителя и напряжение максимально.

Углу управления ?=? (180 эл. град) отвечают и_d = 0 и U_d = 0. Иными словами, управляемый выпрямитель при изменении угла ? от 0 до 180 эл. град осуществляет регулирование напряжения U_d в пределах от максимального значения, равного 0,9 U ₂, до нуля. Вид кривых и_d при различных значениях угла ? показан на рис. 3, а — г.

Зависимость напряжения U_d от угла ? называется регулировочной характеристикой управляемого выпрямителя. Она определяется из выражения для среднего значения напряжения на нагрузке. Это напряжение на интервале ?-? соответствует синусоиде вторичного напряжения (см. рис. 2, в или 3, б, в), т. е. Результат расчета дает

, (1)

где — среднее значение напряжения на нагрузке при ? = 0.

На рис. 4 приведена регулировочная характеристика управляемого выпрямителя, построенная по выражению (1).

Индуктивность в цепи нагрузки

Рассмотрим влияние на процессы в схеме рис.1 индуктивности в цепи нагрузки (ключи К₁ ,К₂разомкнуты) при ? ? 0.

Наличие индуктивности L_H изменяет характер зависимости i_d(?), повторяющей вид кривой и_d(?) (см. рис. 2, в) при чисто активной нагрузке. После момента открывания тиристора ток 1_d (рис. 5, б) плавно нарастает, что соответствует запасанию энергии в индуктивности. При спадании тока эта энергия отдается обратно, в результате чего ток продолжает протекать через нагрузку после перехода напряжения питания через нуль. Длительность интервала проводимости тиристоров Т₁, Т₂ возрастает, и они остаются в открытом состоянии в течение некоторого интервала после изменения полярности напряжений u₁ и u₂. По указанной причине в кривой напряжения и_d(рис. 5, а) появляются участки напряжения и₂ отрицательной полярности.

Рис.5. Кривые выходного напряжения (а), тока нагрузки (б) и напряжения на тиристоре (в) в схеме рис 1. В зависимости от величины индуктивности нагрузки

Рис.6. Временные диаграммы напряжений и токов в схеме рис.1 при L_H??

Интервалы этих участков при данном угле ? зависят от отношения .

С ростом L_H при неизменном значении задержка в уменьшении до нуля тока 1_d возрастает и участки отрицательной полярности в кривой и_d занимают больший интервал (пунктирные кривые на рис. 5, а, б). При некоторой величине индуктивности L_Hэти участки целиком распространяются на интервале ? и ток i_d приобретает непрерывный характер. Такое же влияние оказывает и снижение. Участки отрицательной полярности уменьшают среднее значение напряжения на нагрузке U_d (рис.5, а). В этом проявляется влияние параметров нагрузки на форму и величину выходного напряжения выпрямителя.

Увеличение длительности проводящего состояния тиристоров под действием индуктивности нагрузки приводит к изменению формы кривой напряжения на приборах, получаемой как разность потенциалов их анодов и катодов, по сравнению со случаем чисто активной нагрузки (рис. 5, в). В частности, в кривой напряжения на тиристоре появляется участок со значением прямого напряжения, равным 2и₂, продолжительность которого возрастает с увеличением L_H.

На рис. 6, а — е приведены временные диаграммы напряжений и токов управляемого выпрямителя в предположении L_H??. Большая величина L_H является наиболее характерным случаем при использовании выпрямителя на практике. Режим работы выпрямителя характеризуется наличием в кривой напряжения и_d (рис. 6, б) участков отрицательной полярности, целиком заполняющих интервалы а, а также идеально сглаженной кривой тока нагрузки i_d (рис. 6, в). В соответствии с указанной кривой тока i_d токи тиристоров i_a₁ ,i_a₂ имеют вид импульсов прямоугольной формы. Среднее значение тока тиристоров связано с током l_d соотношением l_a = l_d/2.

Потребляемый от сети ток i₁ является переменным и имеет прямоугольную форму (рис. 6, а). Его первая гармоника, сдвинута в сторону отставания на угол ? = ? относительно напряжения питания.

Кривая напряжения на тиристоре состоит из участков напряжения 2и₂ (рис. 6, е). Максимальное обратное напряжение равно (при а жение на тиристоре (при ? ? 90°).

Наличие в кривой напряжения и_d участков отрицательной полярности обусловливает отличие регулировочной характеристики управляемого выпрямителя при L_H?? от случая чисто активной нагрузки. В частности, для рассматриваемой нагрузки напряжение U_d =0 при ? = 90°, что соответствует равенству площадей, заключаемых отрезками кривой напряжения и_d положительной и отрицательной полярности (рис. 6, б).

Регулировочная характеристика U_d =F(?),

определяемая из выражения

описывается соотношением, (2) Вид регулировочной характеристики при L_H??. показан па рис. 4.

При работе управляемого выпрямителя первая гармоника входного тока i₁, как отмечалось, отстает от напряжения питания (рис.6, а). Это приводит к потреблению выпрямителем от сети реактивной мощности, что неблагоприятно сказывается на энергетических показателях установки. Указанное явление можно несколько ослабить, подключив к выходной цепи управляемого выпрямителя так называемый нулевой диод. Особенности работы выпрямителя по схеме рис. 1 с нулевым диодом рассмотрим при активно-индуктивной нагрузке с L_H?? (ключ К₁ выключен, ключ К₂ включен). Временные диаграммы напряжений и токов, приведенные на рис. 7, а— ж, поясняют режим работы схемы.

Рис. 6.7. Временные диаграммы напряжений и токов в схеме рис.1 при наличии нулевого диода
Отличие проявляется на интервалах ?, где ток нагрузки поддерживается энергией, накопленной в индуктивности. В отсутствие нулевого диода ток нагрузки на этих интервалах протекает, как указывалось, по цепи через один из тиристоров и обмотку трансформатора, на которой действует напряжение отрицательной полярности. Наличие нулевого диода исключает указанную цепь протекания тока i_d, так как через диод Д. напряжение вторичной обмотки трансформатора подается на проводящий тиристор в обратном направлении (например, напряжение и_2-.1на тиристорT₁), вызывая его запирание. Вследствие этого ток нагрузки после перехода вторичного напряжения через нуль переводится в цепь диода Д₀, минуя тиристоры и обмотки трансформатора. Из-за шунтирования диодом выходной цепи выпрямителя в кривой напряжения и_а (рис. 6.7, б) на интервалах ? создаются нулевые паузы. Интервалы проводимости тиристоров Т₁, Т₂ сокращаются до значения ?-?(рис. 7, г, д). Поскольку рассматривается случай L_H??, ток i_d идеально сглажен (рис. 7, в), а токи i_а1, i_а2 (рис. 7, г, д) имеют вид мпульсов прямоугольной формы с амплитудой I_d и длительностью ?-?. Кривая напряжения на тиристоре (рис. 7, ж), также как и кривая и_d, соответствует случаю чисто активной нагрузки.

Ток первичной обмотки трансформатора обусловливается токами его вторичных обмоток (анодными токами тиристоров Т₁, Т ₂), вследствие чего в токе i₁ (рис. 7, а) создаются паузы длительностью ?. Первая гармоника потребляемого тока i₁₍₁₎сдвинута теперь относительно напряжения питания и₁ на угол?, равный ?/2, в то время как в схеме без нулевого диода фазовый сдвиг между ними был равен ?. Регулировочная характеристика управляемого выпрямителя с нулевым диодом, как и для случая чисто активной нагрузки, описывается соотношением (1).

Однофазный мостовой управляемый выпрямитель.

Схема однофазного мостового управляемого выпрямителя также выполняется по аналогии со схемой неуправляемого выпрямителя. Она применяется в вариантах с полным или неполным числом управляемых вентилей (тиристоров).

Режим работы и регулировочные характеристики мостового выпрямителя с полным числом управляемых вентилей такие же, что и однофазного выпрямителя с нулевой точкой. Отличие проявляется, как и в неуправляемых выпрямителях, в форме кривой напряжения на вентилях, которая в мостовой схеме определяется напряжением и₂, а в схеме с нулевым выводом — напряжением 2и₂, т. е. при введении масштабного коэффициента 0,5 кривые напряжения на тиристорах, приведенные на рис. 2, е, 5, в, 6, е для схемы с нулевой точкой, будут действительны и для мостовой схемы. По указанной причине тиристоры мостовой схемы следует выбирать на напряжение,вдвое меньшее, чем в схеме с нулевой точкой. Формы кривых токов первичной и вторичной обмоток трансформатора в мостовой схеме одинаковы и имеют тот же вид, что и кривая первичного тока в схеме с нулевой точкой (см. рис. 2, а, 6, а).

В мостовом выпрямителе с неполным числом управляемых вентилей (несимметричная схема) два вентиля управляемые, а два других — неуправляемые (рис. 8, а). Режим работы схемы подобен режиму однофазной схемы с нулевым выводом и нулевым диодом. При этом в кривой и_d также отсутствуют участки напряжения отрицательной полярности (рис. 8, в), а первая гармоника первичного тока имеет фазовый сдвиг относительно напряжения питания, равный ? = ?/2.

Особенности работы схемы рассмотрим для случая активно-индуктивной нагрузки с L_H?? (ток i_d идеально сглажен, рис.8, г).

Отпирание тиристоров Т₁ ,Т₃ производят с задержкой на угол ? относительно моментов перехода через нуль напряжения и₂. На интервале ?-? проводят ток тиристор Т₁ и диод Д₂.Ток нагрузки i_d (его контур показан на схеме сплошной линией) протекает через вторичную обмотку трансформатора (полярность напряжения которой обозначена без скобок) и указанные вентили.

Рис. 6.8. Схема однофазного мостового управляемого выпрямителя с неполным числом вентилей (а) и его временные диаграммы при L_H?? (б — и)
По окончании интервала ?-? полярность напряжения и₂ изменяется, что вызывает запирание диода Д₂ и прекращение протекания через него тока i_d (рис. 8, е). Ток нагрузки, поддерживаемый индуктивностью L_H, продолжает протекать через оставшийся в открытом состоянии тиристор Т₁ и открывшийся диод Д₄ (рис. 8, д, з). Цепь нагрузки оказывается замкнутой накоротко тиристором Т₁ и диодом Д₄ (контур тока i_d показан на схеме пунктиром). Иными словами, эти вентили выполняют на интервале а ту же функцию, что и нулевой диод в схеме рис. 1.

В момент времени ?+? подачей управляющего импульса открывается тиристор Т₃. Под воздействием напряжения u₂тиристор Т₁закрывается и к нему прикладывается обратное напряжение (рис. 8, д, и). Нагрузка потребляет энергию от сети по цепи: вторичная обмотка трансформатора — диод Д₄ — тиристор Т₃ (рис. 8, а, ж, з). По окончании интервала 2? в схеме возникает состояние, подобное окончанию предыдущего полупериода: диод Д₄ закрывается, а диод Д₂ открывается, образуя совместно с тиристором Т₃ короткозамкнутую цепь нагрузки на интервале ?.

Таким образом, на интервале ? в схеме исключается протекание тока i_d через вторичную, а следовательно, и первичную обмотки трансформатора. В кривой и_d(рис. 8, в) отсутствуют участки напряжения и₂ отрицательной полярности, а кривые токов i₁ ,i₂имеют вид, показанный на рис. 8, б. Угол сдвига первой гармоники потребляемого тока относительно питающего напряжения равен ?/2.

Заключение
Управляемые выпрямители позволяют преобразовать переменный ток в постоянный и плавно изменять выпрямленное напряжение от нуля до номинального значения.

В настоящее время в электроприводах постоянного тока и в системах возбуждения синхронных двигателей основной элементной базой при построении управляемых выпрямителей являются тиристоры.

Выпрямители средней и большой мощности находят применение Для питания постоянным током различных промышленных объектов и установок. Совместно с ведомыми инверторами их используют для питания сети постоянного тока городского и железнодорожного транспорта, в линиях передач постоянного тока, а также в реверсивных тиристорных преобразователях, предназначенных для работы на двигатель постоянного тока.

Список литературы.

Забродин Ю.С. Промышленная электроника: Учебник для Вузов, М.: Высшая школа,1982
Коледов Л. А., «Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок», М., «Радио и связь», 1989 г.
Руденко В.С., Ромашко В.Я., Трифонюк В.В. Промышленная электроника -К.: Лыбедь,1993
Серяков И, Ю. Ручкин – Мощный управляемый выпрямитель на тиристорах. Ж. Радио, 2/71г.
http://leg.co.ua
http://www.promti.ru

Управляемые (регулируемые) выпрямители

Выпрямители

В аппаратуре, использующей однофазную сеть, применяются однофазные выпрямители. Все типы выпрямителей делятся на неуправляемые и управляемые (регулируемые). Неуправляемые выпрямители выполняются на диодах, а управляемые — на тиристорах. По форме выпрямленного напряжения выпрямители делятся на однополупериодные (однотактные) и двухполупериодные (двухтактные). На выходе выпрямителей источников вторичного электропитания устанавливаются сглаживающие фильтры. Часто они органически вписываются в структуру выпрямителя.

Рассмотрим принцип действия простейшего маломощного однофазного однополупериодного выпрямителя на выпрямительном диоде VD (нелинейный элемент) и RС — фильтре, включенных последовательно (рис.1.2, б).

На вход выпрямителя подается переменное напряжение с частотой сети с вторичной обмотки сетевого трансформатора. За счет нелинейной вольт- амперной характеристики диода (за счет вентильных свойств выпрямительного диода) в его цепи протекает импульсный ток косинусоидальной формы (рис.1.2, а). При положительной полуволне напряжения на входе выпрямителя конденсатор С фильтра быстро заряжается практически до амплитудного значения напряжения через малое внутреннее сопротивление открытого диода VD. При отрицательной полуволне входного напряжения диод закрыт, и конденсатор медленно разряжается через сопротивление нагрузки R_Н. При этом на нагрузке действует практически постоянное напряжение с небольшими пульсациями.

Этот процесс с точки зрения спектрального анализа можно объяснить так. Спектр тока в цепи диода состоит из постоянной составляющей, первой (основной) гармоники, имеющей частоту сети, и высших гармоник, имеющих кратные частоты.Параметры фильтра выбираются таким образом, чтобы для первой гармоника (следовательно, и для всех высших гармоник) сопротивление фильтра было минимальным. При этом все гармонические составляющие, включая первую, замыкаются через конденсатор (отфильтровываются), а постоянная составляющая выделяется на нагрузочном сопротивлении.

Уровень пульсаций у источников вторичного питания оценивают коэффициентом пульсаций К_П. Коэффициент пульсаций К_П характеризует качество выпрямленного напряжения и определяется как отношение амплитуды первой (самой большой) гармоники выпрямленного напряжения U_П1 (пульсаций) к постоянной составляющей выпрямленного напряжения

Однополупериодные выпрямители имеют малый выпрямленный ток, сильные пульсации (изменения амплитуды) выходного напряжения и поэтому используются редко.

Широкое применение в маломощных источниках питания находят две схемы однофазных двухполупериодных выпрямителей — с нулевым выводом и мостовая (далее слово однофазный будет опущено, так как речь пойдет только об однофазных устройствах).

Выпрямитель с нулевым выводом (рис. 1.3)можно упрощенно рассматривать как схемное сочетание двух однофазных однополупериодных выпрямителей, питаемых противофазными напряжениями и работающих на общую нагрузку. Элементами выпрямителя являются диоды VD1, VD2, включенные в цепидвух симметричных вторичных полуобмоток сетевого трансформатора Т, имеющих нулевой (общий) вывод. Параллельно нагрузке R_нвключается конденсатор фильтра.

Во время действия положительного полупериода напряжения (полярность напряжения на вторичных обмотках показана на рис.1.3 знаками) диод VD1 открыт («+» е₁ действует на анод диода, а «-» через сопротивление нагрузки на катод диода) и через него протекает ток косинусоидальной формы, создавая падение напряжения на нагрузке (рис. 1.3,б). Диод VD2 в это время закрыт («-» е₂ действует на аноде, а «+» е₁ через открытый диод VD1 на катоде), причем закрывающее напряжение равно сумме мгновенных значений напряжений е₁и е₂, а его максимальное значение – сумме их амплитуд.

где — действующее значение напряжения на одной из обмоток (измеряется прибором, меньше амплитудного значения в раз).

Во второй полупериод напряжения открыт диод VD2, а диод VD1 закрыт.

В результате по нагрузке протекает постоянный ток, представляющий собой сомкнутую последовательность импульсов косинусоидальной формы.

Среднее значение выпрямленного напряжения U_Н легко находится как постоянная составляющая спектра периодической последовательности косинусоидальных импульсов с периодом

Расчеты показывают, что коэффициент пульсаций выпрямителя с нулевым выводом равен 0.67 (67%).

Однофазный мостовой выпрямитель (рис.1.4)содержит четыре диода VD1…VD4, соединенных по схеме моста. В одну диагональ моста через трансформатор Т (или непосредственно) включено сетевое напряжение, а в другую — нагрузка.

Диоды в схеме проводят ток парами поочередно. В первом полупериоде (интервал 0 — p), когда напряжение на вторичной обмотке трансформатора имеет положительную полярность, открыты диоды VD2,VD4,и через нагрузку протекает импульсный ток косинусоидальной формы. Диоды VD1,VD3 при этом закрыты, поскольку напряжение на их катодах положительно. В следующий полупериод напряжение становится отрицательным, и ток проводят диоды VD1,VD3. Диоды VD2,VD4 при этом закрыты.Таким образом, выпрямленный ток протекает всегда через нагрузку в одном направлении.

Мостовой выпрямитель и выпрямитель с нулевым выводом с точки зрения принципа работы полностью идентичны.

Их сравнительный анализ показывает, что мостовая схема имеет два важных преимущества: 1) в два раза меньше обратное (запирающее) напряжение на диодах; 2) более простой (с одной вторичной обмоткой) трансформатор; такой выпрямитель можно непосредственно включать в сеть.

С другой стороны, поскольку в мостовой схеме диоды проводят ток попарно, то и потери в этой схеме будут больше.

В отдельных радиотехнических устройствах применяют специальные схемы выпрямителей.

Мостовой выпрямитель с двумя симметричными (разнополярными) напряжениями (рис. 5,а)широко применяют в современных радиотехнических устройствах, в частности, для питания схем на операционных усилителях (ОУ), требующих биполярного (двухполярного) питания. Данный выпрямитель можно рассматривать как устройство, содержащее две параллельно соединенные схемы с нулевым выводом. Одна выпрямительная схема состоит из полной вторичной обмотки трансформатора T и пары диодов; другая — из той же обмотки и диодов VD3, VD4. Равные по величине, разнополярные выпрямленные напряжения U_Н1 и U_Н2на выходах схем вместе составляют суммарное постоянное напряжение такого выпрямителя.

Однофазный выпрямитель с умножением напряжения (схема Латура) — специфическая разновидность схем выпрямления с емкостным фильтром (рис.1.5, б), работающих исключительно на высокоомную нагрузку. Подобные выпрямители позволяют получать на нагрузке суммарные напряжения нескольких простейших выпрямителей (до нескольких киловольт).

Принцип работы выпрямителя с удвоением состоит в следующем. При действии отрицательной полуволны входного напряжения конденсатор С1 заряжается через малое сопротивление открытого диода VD1 почти до амплитудного значения, диод VD2 в указанный полупериод входного напряжения закрыт. При действии положительной полуволны входного напряжения конденсатор С1 разряжается через малое сопротивление открытого диода VD2 и нагрузку, при этом напряжение конденсатора суммируется с положительной полуволной входного напряжения (два источника напряжения включены последовательно).

Такие устройства применяют, например, для питания кинескопов телевизионных приемников.

Сглаживающие фильтры

Наличие переменной (пульсирующей) составляющей в выпрямленном напряжении всегда нежелательно. Для уменьшения коэффициента пульсаций применяют сглаживающие фильтры (далее фильтры), которые включают между выпрямителем и активной нагрузкой. В зависимости от назначения электронной схемы коэффициент пульсаций напряжения питания не должен превышать определенных величин. Например, для усилителей допустим коэффициент пульсаций напряжения питания не выше 10 ^-4 … 10 ^-5, для автогенераторов 10 ^-5 … 10 ^-6.

В основу сглаживающих фильтров (фильтров нижних частот, ФНЧ) заложены реактивные элементы — конденсаторы и дроссели, представляющие соответственно малое и большое сопротивления для переменного тока, и наоборот, большое и малое сопротивления для постоянного тока. При этом конденсаторы включаются в источниках питания параллельно нагрузке R_н, а дроссели — последовательно с ней. Емкостные фильтры используются в слаботочных схемах (в выпрямителях с высокоомной нагрузкой), а индуктивные фильтры – в выпрямителях с низкоомной нагрузкой.

Очень часто в источниках питания применяют четыре основных вида сглаживающих фильтров (рис.1.6): емкостной, индуктивный, Г — образный и П-образный LС — фильтры.

Эффективность действия сглаживающего фильтра оценивают коэффициентом сглаживания, равным отношению коэффициентов пульсаций на его входе и выходе

Чем больше коэффициент сглаживания, тем выше качество выпрямленного напряжения (меньше пульсаций) и тем эффективнее работает фильтр.

Кроме рассмотренных выше пассивных сглаживающих фильтров в современных источниках питания широко используются активные фильтры. Активные фильтры строятся с использованием активных элементов, как правило, транзисторов. Простейшие варианты активных фильтров представлены на рис. 1.7, а, б.

Активный фильтр и нагрузка включаются последовательно, так что их сопротивления образуют частотно-зависимый делитель (рис.1.7, в).

Сопротивление фильтра R_Фимеет малую величину для постоянной составляющей выпрямленного тока, и значительную величину для переменных составляющих (первой и высших гармоник) выпрямленного тока.

Постоянная составляющего тока, протекая по делителю, создает малое падение напряжения на R_Ф, и большое (полезная часть выпрямленного напряжения) – на сопротивлении нагрузки. Напротив, переменные составляющие выпрямленного тока создают большое падение напряжения на сопротивлении фильтра и малое (напряжение пульсаций) – на нагрузке. За счет указанного частотно-зависимого действия обеспечивается значительное уменьшение коэффициента пульсаций напряжения на нагрузке.

Для повышения токовой нагрузки активных фильтров в их структуре применяются двойные или тройные составные транзисторы.

Управляемые (регулируемые) выпрямители

В последние годы в источниках вторичного питания применяют управляемые (регулируемые) выпрямители, содержащие управляемые вентили. Такие выпрямители позволяют регулировать в широких пределах выпрямленное напряжение или ток. Управляемые выпрямители относят к мощным преобразователям электрической энергии, и в них чаще всего используются тринисторы (управляемые тиристоры). Напомним, что управляемый тиристор — полупроводниковый прибор, содержащий три вывода: катод, анод и управляющий электрод и имеющий два устойчивых электронных состояния включено и выключено. На рис. 1.8, а представлена упрощенная схема однофазного управляемого выпрямителя и временные диаграммы его работы (рис. 1.8, в).

При отсутствии управляющего напряжения с блока управления (БУ) тиристор включается, если напряжение на его аноде превышает напряжение включения U_ВКЛ (рис.1.8,б). На нагрузке (см. эпюр U_ВЫПР(t)) будут действовать импульсы, длительность (следовательно, и постоянная составляющая) которых зависит от моментов включения тиристоров. Путем подачи управляющих импульсов можно управлять моментом включения тиристора, а следовательно, длительностью выходных импульсов тока и значением выпрямленного напряжения на нагрузке. Тиристоры в схеме работают поочередно, для чего БУ поочередно вырабатывает управляющие импульсы (рис.1.8, в).

Величина падения напряжения на открытом и насыщенном тиристоре не превышает единиц вольт, а ток насыщения может достигать сотен и тысяч ампер.Поэтому область использования управляемых выпрямителей – сильноточные источники питания.

Существует большое число схем управляемых выпрямителей, специфика которых отражает назначение блоков вторичного питания.

Стабилизаторы напряжения

Радиоэлектронное устройство, автоматически поддерживающее с заданной точностью требуемую величину постоянного напряжения на нагрузке при изменении напряжения питания или тока нагрузки, называется стабилизатором напряжения. В радиоэлектронных устройствах кроме стабилизаторов напряжения применяются стабилизаторы тока. Стабилизаторы тока автоматически поддерживают с заданной точностью требуемую величину постоянного тока в нагрузке при изменении напряжения питания или сопротивления нагрузки.

Различают параметрические и компенсационные стабилизаторы, разделяющиеся, в свою очередь, на стабилизаторы непрерывного и импульсного действия (ключевые стабилизаторы). В ряде случаев используются стабилизаторы переменного тока, которые здесь не рассматриваются.

Параметрический стабилизатор напряжения(ПСН)включает в себя балластный резистор R_Би полупроводниковый стабилитрон VD, напряжение на котором остается практически постоянным при изменении в некоторых пределах протекающего через него тока (рис. 1.9). Нагрузка R_Нвключается параллельно стабилитрону.

Эффективность действия стабилизаторов оценивают коэффициентом стабилизации, показывающим, во сколько раз относительное приращение выходного напряжения меньше вызвавшего его относительного приращения входного напряжения

Основные преимущества ПСН — простота конструкции, небольшое количество элементов и высокая надежность, а недостатки — малый коэффициент стабилизации (менее 25) и низкий КПД, малые токи стабилизации, а также узкий и нерегулируемый диапазон стабилизируемого напряжения.

Принцип действия компенсационных стабилизаторов напряжения (КСН) основан на том, что любое изменение напряжения на нагрузке (вследствие изменения входного напряжения или тока нагрузки) передается на регулирующий элемент, который автоматически препятствует изменению напряжения на нагрузке. КСН по принципу действия является системой с отрицательной обратной связью (ООС). Данные устройства делятся на стабилизаторы непрерывного действия и ключевые (импульсные) стабилизаторы.

Различают компенсационные стабилизаторы последовательного и параллельного типа. Стабилизаторы последовательного типа наиболее широко используют в источниках вторичного питания (рис. 1.10).

В состав последовательного стабилизатора напряжения входит: регулирующий элемент (например, транзистор), включенный последовательно с нагрузкой; измерительный элемент, включаемый параллельно нагрузке; усилитель постоянного тока, усиливающий сигнал рассогласования, который служит управляющим для регулирующего элемента.

Принцип работы КСН основан на изменении сопротивления регулирующего элемента таким образом, чтобы напряжение на нагрузке получило минимальные изменения.

Пусть напряжение на входе КСН возросло, что вызывает возрастание напряжения на нагрузке. Измерительный элемент сравнивает напряжение на нагрузке (или часть этого напряжения) с опорным стабильным напряжением, источник которого находится в измерительном элементе. Достаточно часто опорное напряжение формируется с помощью параметрического стабилизатора напряжения или стабилизаторов напряжения в микросхемном исполнении. Возникающий на выходе измерительного элемента сигнал рассогласования усиливается в усилителе постоянного тока и действует на регулирующий элемент, увеличивая его сопротивление. За счет возросшего сопротивления падение напряжения на регулирующем элементе возрастает, а на нагрузке напряжение остается в заданном диапазоне значений.

На рис.1.11 приведены два варианта схем простейших компенсационных стабилизаторов напряжения.

Коэффициент стабилизации компенсационного стабилизатора с усилителем сигнала рассогласования на операционном усилителе (ОУ) может достигать несколько тысяч единиц.

Основной недостаток всех компенсационных стабилизаторов непрерывного действия — невысокий КПД (до 50 %), что связано с падением части входного напряжения на регулирующем элементе. Для устранения указанного недостатка были разработаны схемы импульсных (ключевых) стабилизаторов.

Импульсные (ключевые) cтабилизаторы делятся на три основных типа: повышающие, понижающие и инвертирующие. Название стабилизатора отражает одну из решаемых задач.

В понижающем импульсном стабилизаторе (рис.1.12) регулирующим элементом является транзистор VT, управление ключевым режимом работы которого производится блоком управления (БУ).

В схеме стабилизатора используется накопительная индуктивность (дроссель) L, включенная последовательно с нагрузкой R_H. Для сглаживания пульсаций в нагрузке параллельно ей введен конденсатор С. В схеме имеется также диод VD (обратный диод), с помощью
которого создается контур для протекания постоянного тока через индуктивность и нагрузку при закрытом транзисторе VТ.

Блок управления периодически (период Т) подает на базу транзистора импульсы, действие которых переводит транзистор в ключевой режим (полностью открытый транзистор). В течение длительности импульса управления транзистор открыт, и энергия от выпрямителя передается через дроссель Lв нагрузку. По мере нарастания тока происходит заряд конденсатора С, а в индуктивности дросселя L накапливается избыточная энергия.

В течение паузы между импульсами, когда транзистор закрыт, запасенная в индуктивности дросселя энергия через обратный диод поступает в нагрузку. Такой процесс возврата накопленной в реактивном элементе энергии получил название рекуперации (от лат. — возвращение). Во время действия очередного импульса транзистор вновь открывается, и процесс повториться.

Среднее значение выходного напряжения ключевого стабилизатора зависит от соотношения интервалов открытого (τ) и закрытого ( Т – τ ) состояния транзистора, которыми можно управлять:

Поэтому импульсные стабилизаторы напряжения часто используют в качестве преобразователей постоянного напряжения одной амплитуды в другую.

В импульсных стабилизаторах регулирующий транзистор работает в ключевом режиме, что повышает их КПД до 90 %.

Стабилизаторы, в которых используется изменение напряжения стабилизации в зависимости от длительности управляющих импульсов, называются импульсными стабилизаторами с широтно – импульсной модуляцией (стабилизаторы с ШИМ).

В настоящее время широкое применение находят простые и удобные в использовании интегральные компенсационные стабилизаторы. Эти стабилизаторы представляют собой отдельные интегральные микросхемы (например, серий КР142ЕН и КР275ЕН – жаргон от номенклатурного обозначения — «крены») с фиксируемым и регулируемым выходным напряжением от 3 до 30 и более вольт. Входные и выходные напряжения в стабилизаторе могут быть как однополярными, так и двухполярными величинами. Схемотехнически структура интегральных стабилизаторов аналогична структуре стабилизаторов на дискретных элементах с ОУ, однако в них дополнительно введены цепи защиты от перегрузок и короткого замыкания.

Для повышения токовых нагрузок блоков питания с интегральными стабилизаторами параллельно последним включают мощные транзисторы, защищающие ИМС от перегрузок.

Для обеспечения требуемого теплового режима микросхем (как и мощных транзисторов) их устанавливают на специальные радиаторы.

Следует заметить, что все стабилизаторы напряжений (токов) совместно с фильтрами дополнительно уменьшают пульсации напряжения на нагрузке, то есть выполняют функции фильтров, дополняя последние. Часто фильтр является составной частью стабилизатора напряжения.

Инверторы напряжения

Тенденции микроминиатюризации и снижения энергопотребления радиоэлектронных устройств привели к необходимости создания источников питания, построенных по нетрадиционным схемам.

Основным ограничением трансформаторных (традиционных) блоков питания являются масса и габариты сетевого трансформатора: чем выше потребляемая мощность нагрузки, тем выше масса и габариты сетевого трансформатора.

Существенно уменьшить массо-габаритные характеристики блока питания можно, если повысить частоту питающего напряжения, как это делается в авиационной технике, где используется бортовая сеть 115 В 400 Гц.

Из-за невозможности изменять частоту сети, используется схема бестрансформаторного включения выпрямителя с дальнейшим преобразованием (инвертированием) постоянного (выпрямленного) напряжения (рис.1.13).

Основным элементом такого блока питания является инвертор, который представляет собой высокочастотный генератор с внешним возбуждением или самовозбуждением (например, автогенератор с индуктивной обратной связью и насыщающимся сердечником, двухтактный блокинг – генератор, мультивибратор с трансформаторным выходом и др.). Теоретически такой генератор должен вырабатывать сигнал импульсной формы, близкой к меандру.

В схеме используется трансформатор, но не силовой, как в традиционной схеме, а импульсный, являющийся элементом нагрузки генератора импульсов, работающего на частоте единиц или десятков килогерц. Это существенно снижает массу и габариты трансформатора, делая их некритичными.

Обмотки этого трансформатора используются для формирования переменного выходного напряжения частоты следования импульсов, которое подвергается выпрямлению, фильтрации и стабилизации. Вторичных обмоток у импульсного трансформатора несколько, что позволяет сформировать напряжения различных номиналов.

Один из основных недостатков импульсного блока питания — нахождение всех элементов схемы вплоть до инвертора под опасным напряжением питания сети.

Контрольные вопросы

1. По каким двум структурным схемам проводят построение электропреобразовательных устройств?

2. Для чего предназначены электропреобразовательные устройства?

3. Поясните принцип работы однофазного выпрямителя с нулевым выводом и мостового выпрямителя.

4. Какие типы фильтров используют в источниках вторичного питания?

5. Изобразите выпрямитель с двукратным умножением напряжения и поясните принцип его работы.

6. Как определяется коэффициент пульсаций на выходе выпрямителя?

7. Поясните принцип работы параметрического стабилизатора.

8. Поясните малое значение к.п.д. у параметрического стабилизатора напряжения.

9. Приведите структурную схему компенсационного стабилизатора напряжения (КСН) непрерывного действия и поясните принцип его работы.

10. Какой из стабилизаторов имеет больший КПД — непрерывного действия или импульсный?

11. Какие факторы ограничивают максимальное значение тока на выходе КСН непрерывного действия?

12. Можно ли отказаться от фильтра, если в схеме блока питания используется КСН?

Моделирование в электроэнергетике — Моделирование вторичного оборудования

Измерительные трансформаторы тока (электромагнитные). Погрешности измерительных трансформаторов тока.

Измерительный трансформатор тока (measuring current transformer) – это трансформатор, который предназначен для преобразования значения первичного тока во вторичный ток, который используется для осуществления измерений в измерительных приборах, устройствах релейной защиты и автоматики.

Трансформаторы тока устанавливаются на оборудование разного класса напряжений, поэтому основным параметром трансформатора тока является его номинальное напряжение. В качестве нормированной величины принимаются следующие значения напряжений:

0,66 кВ; 6 кВ; 10 кВ; 15 кВ; 20 кВ; 24 кВ; 27 кВ; 35 кВ;

110 кВ; 150 кВ; 220 кВ; 330 кВ; 500 кВ; 750 кВ; 1150 кВ;

Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную обмотку включаются измерительные приборы, устройств защиты и автоматики. Следует отметить, что вторичная обмотка трансформатора тока работает в режиме близком к короткому замыканию. Трансформаторы тока характеризуются максимально допустимыми значениями тока в первичной и вторичной обмотке трансформатора, при котором допустима его длительная работа (номинальные токи). В качестве нормированной величины номинального тока в первичной цепи принимаются следующие значения:

Обновлено: 11.05.2017 19:52
Силовые полупроводниковые приборы
Целью данного раздела приложения является предоставление основных сведений относительно полупроводниковых приборов, которые нашли применение в устройствах  FACTS. Большая часть изложенного ниже предназначена для инженеров энергосистем для понимания параметров и целесообразности применения полупроводниковых элементов в устройствах FACTS. О полупроводниковых приборах написано много книг, в которых можно найти более углубленную информацию.
Устройства FACTS представлены в диапазоне мощностей от десятков до сотен мегаватт.  В основном, устройства FACTS выполняется на базе системы преобразователей переменного тока в постоянный (и/или наоборот) и мощных коммутаторов переменного тока. В свою очередь, преобразователь выполняется на базе вентилей (с другим оборудованием), и каждый вентиль в свою очередь представляет собой силовые приборы с демпфирующими цепями и цепями управления включением и отключением. Аналогично, каждый коммутатор (ключ) переменного тока состоит из встречно включенных силовых приборов  с цепями демпфирования и управления. Номинальные параметры силовых приборов обычно лежат в диапазоне: 1-5 кА  и 5-10 кВ, однако реальное использование составляет от 25 до 50 % от их номинальных значений.  Это означает  что,  преобразователи и выключатели переменного тока состоят из большого количества силовых приборов. Преобразователи, выключатели переменного тока, и силовые приборы могут соединяться между собой последовательно или параллельно, в зависимости от мощности и назначения устройства FACTS; в некоторых случаях устройства FACTS  могут иметь однофазное исполнение. Изложенные соображения обеспечивают возможность проведения необходимых изменений на основе модульной конфигурации устройств, для эффективного использования силовых приборов в зависимости от заданных требований. Модульное исполнение устройств, используемое должным образом, приводит не только к уменьшению его стоимости из-за применения стандартных модулей и подмодулей, но также оказаться ценным качеством с точки зрения   надежности, избыточности и использования капиталовложений.
Свойства и характеристики приборов, и их эксплуатационные показатели существенно влияют на стоимость, исполнение, размер, вес, и величину потерь в устройствах FACTS, также как и в любых применениях силовых приборов. Таким образом, необходимо учитывать стоимость всех устройства, включая демпферные цепи,  цепи управления, трансформаторы и другое электромагнитное оборудование, фильтры, системы охлаждения, потери, исполнение и требования к техническому обслуживанию. Например, возможность быстрого переключения ведет к уменьшению компонентов демпферной цепи, снижению потерь в этих цепях, что, в свою очередь, обеспечивает меньшую генерацию гармоник и большее быстродействие устройств FACTS. Сказанное является особенно важным при использовании специальных устройств FACTS  в качестве активных фильтров.
В промышленных сетях малой мощности нашли применение разнообразные усовершенствованные схемы, которые внедрялись в основном из-за низкой себестоимости;  экономическая целесообразность применения аналогичных устройств в сетях большой мощности в значительной степени является функцией улучшения характеристик устройств. К этим усовершенствованиям относятся широтно-импульсная модуляция  (PWM), «мягкое» включение, резонансные преобразователи, прерыватели и другие. Отметим, что в конструкции FACTS обычно применяется устройства с наилучшими характеристиками, несмотря на их более высокую стоимость. Хотя стоимость является существенным фактором, было бы более корректно сказать, что применение устройств с наилучшими характеристиками  влияет на параметры FACTS и обеспечивает их конкурентоспособность, обеспечивая тем самым специфические технические возможности, которые получаются  по наименьшей возможной цене. Таким образом, стоимость, эксплуатационные качества, и рыночный успех устройств FACTS сильно зависит от развития полупроводниковых приборов и их технического исполнения. Фактически проектировщики устройств FACTS, могут выиграть очень многое  за счет обсуждения с поставщиками оборудования наивысших требований к характеристикам приборов, их технического исполнения и комплектующих, не допуская при этом применения устаревшей аппаратуры в конструкциях FACTS.  Для использования технологий FACTS важно наличие общей идеи относительно параметров полупроводниковых приборов, их технологии и будущей тенденции, а также принципиальные схемы, используемые в энергетике и промышленности.
Таким образом, силовые электронные приборы –  это быстродействующие устройства, выполненные  на базе однокристальной силиконовой пластины высокой чистоты, разработанные для различных коммутационных  операций. Приборы могут быть управляемыми как на включение так  и на выключение протекающего электрического тока,  посредством подачи импульсов на  управляющие электроды, называемые затворами. Некоторые полупроводниковые устройства разработаны без возможности запирания, т.е. блокирования протекания тока в обратном направлении, в этом случае данное свойство обеспечивается другим блокирующим прибором (диодом), включенным последовательно или встречно — параллельно.
В основном,  силовые полупроводниковые приборы  включают диоды, транзисторы и тиристоры. Условные обозначения основных устройств, относящихся к этим категориям, представлены на Рис.1. В последующих параграфах изложено краткое описание этих трех категорий и далее  несколько подробнее рассмотрены некоторые специальные устройства.

Диоды. Диоды — это группа двухслойных устройств с односторонней проводимостью. Направление проводимости в диодах имеет место от анода к катоду (в прямом направлении), когда анод имеет положительную полярность относительно катода.  В данных устройствах не предусмотрена возможность управления проводимостью в прямом направлении. Однако существует возможность запирания диода  в обратном  направлении, при положительной полярности напряжения катода относительно анода. Диод является важным элементом в нескольких устройствах  FACTS .

Транзисторы. Транзисторы —  это группа трехслойных устройств. Транзистор переходит в состояние проводимости в прямом направлении, когда на одном из его электродов, называемым коллектором, появляется положительное напряжение относительно другого электрода, называемого эмиттером, при условии подачи на третий электрод, называемым базой, включающего сигнала тока или напряжения.  В случае, если подаваемый на базу сигнал тока или напряжения меньше необходимого для полного включения устройства, в устройстве будет протекать ток до тех пор, пока будет приложено напряжение к аноду относительно катода. Транзисторы нашли широкое применение в системах малой и средней мощности. Один из транзисторов, известный как биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT, раздел 11) был специально разработан для широкого применения в установках средней и большой мощности, от нескольких МВт до нескольких десятков МВт. Таким образом,  IGBT является достаточно важным элементом для устройств  FACTS. Метало-оксидный полевой транзисторMOS (MOSFET) является другим типом транзистора, который  используется только в системах низкого напряжения, но для которого характерна возможность очень быстрого  включения и выключения, а так же данный тип транзистора часто используется  как  усилительное  устройство затвора мощных тиристоров.

Рис. 1. Полупроводниковые приборы: (a) диод, (b) транзистор, (c) интегрированный биполярный транзистор с затвором (IGBT ), (d) полевой транзистор MOS (MOSFET), (e) тиристор, (f) тиристор с возможностью управления моментом выключения (GTO)  и тиристор с управляемым затвором (GCT), (g) тиристор MOS с возможностью управления моментом выключения (MTO), (h) тиристор с управляемым эмиттером (ETO) , (i) управляемый тиристор MOS (MTO).
Тиристоры.  Тиристоры (раздел 6) — это семейство четырехслойных приборов. Тиристор переходит  в состояние полной проводимости в прямом направлении (отпирается), когда на одном из его электродов (аноде) появляется положительное напряжение относительно другого электрода (катода), при условии подачи на третий электрод, называемым затвором, включающего сигнала (импульса) тока или напряжения. Проводимость отпирания является необходимой для обеспечения низких потерь в проводящем состоянии, что будет объяснено в разделе 6. Конструкция некоторых тиристоров не предусматривает наличие затвора, управляющего выключением устройства,  в этом случае тиристор переходит из проводящего в непроводящее состояние только в случае, когда обеспечивается прохождение тока через нуль какими-либо другими средствами. В некоторых других тиристорах конструкцией предусмотрено наличие управляющих затворов обеспечивающих включение и выключение тиристора. Тиристор может быть разработан с возможностью запирания в прямом и обратном направлениях (симметричное устройство) или только в прямом направлении  (асимметричное устройство). Тиристоры являются наиболее важными приборами для устройств FACTS .
По сравнению с тиристорами, транзисторы имеют лучшие эксплуатационные характеристики, а именно более быстрое срабатывание и меньшие потери при коммутации.  С другой стороны, тиристоры характеризуются меньшей величиной потерь в проводящем состоянии  и более высокой допустимой величиной мощности, чем транзисторы.  Однако, непрерывно предпринимаются попытки разработать устройства с  улучшенными характеристиками, а именно с пониженными коммутационными и постоянными потерями при одновременном увеличения мощности приборов.

1.1. Основные типы  силовых тиристоров

Формально, термины «тиристор» и «кремниевый управляемый выпрямитель» относятся к основной группе управляемых четырехслойных полупроводниковых приборов, в которых включение и выключение зависит от взаимодействий  и положительной обратной связи в структуре p-n-p-n (более детально описано далее в разделе 6). Название «управляемый кремниевый выпрямитель» (SCR)  было предложено изобретателями и первыми производителями  компании Дженерал Электрик  (GE). В соответствии со свойствами прибора, в котором предусмотрена возможность включения, но не  выключения,  термин SCR позднее был заменен на термин «тиристор».  С появлением устройства с возможностью включения и выключения, названноготиристор с возможностью управления моментом выключения, названным GTO-тиристор, прибор с возможностью только включения стали называть  «обычным тиристором» или просто «тиристором».  Остальным приборам, относящимся к тиристорам  или SCR, были даны другие названия, согласно их аббревиатуре. В данной работе использование термина тиристор подразумевает обычный  тиристор.
Когда отпирающий импульс тока распространяется с затвора на катод, обеспечивается быстрый переход тиристора в состояние полной проводимости в прямом направлении с низким падение напряжения (от 1,5 до 3 В, в зависимости от типа тиристора и тока).  Как упоминалось выше, обычный тиристор не может уменьшать свой ток до нуля; напротив, моментуменьшения величины тока до нуля определяется свойствами внешней цепи. Когда ток цепи становиться равным нулю, тиристор в течение нескольких десятков микросекунд действия обратного запирающего напряжения восстанавливает свои изолирующие свойства, после чего  до следующего импульса включения тиристор находится в непроводящем состоянии.
Из-за низкой стоимости, высокой эффективности, надежности, большого ресурса, возможности использования на большие токи и напряжения, обычные тиристоры повсеместно используются в случае, когда конфигурация цепи и ее технико-экономические требования позволяют использовать приборы без возможности управления моментом их выключения. Зачастую возможность управления моментом выключения не предоставляет каких-либо существенных преимуществ, а только лишь приводит к увеличению стоимости и потерь в приборах. Обычные тиристоры используются почти во всех проектах ППТ, а также  некоторых устройствах FACTS, но их наибольшее их процентное содержание  приходиться на промышленные установки. Их часто называют основным элементом энергетической электроники.
Существует несколько конструкций тиристоров с возможностью управления выключением; ниже приведены основные из них и используемые в технологии FACTS:
Тиристор с возможностью управления моментом выключения (раздел 7), изобретенный в фирме Дженерал Электрик (GE), будем далее называть как GTO-тиристор или просто GTO. Подобно обычному тиристору, GTO переходит в полностью проводящее состояние в прямом направлении с низким падением напряжения, когда включающий импульс тока подается на его затвор относительно катода. Подобно обычному тиристору, GTO выключается, когда естественным образом ток становиться равным нулю, но в GTO предусмотрена также возможность управления моментом выключения посредствам подачи выключающего импульса на его затвор в обратном направлении.  При соответствующих параметрах импульса, GTO быстро выключается и быстро восстанавливает изолирующие свойства, сдерживающее прямое напряжение, таким образом, что прибор готов к следующему импульсу включения. Тиристоры  GTO  широко используются в устройствах FACTS; однако, из-за их мощных цепей формирования запирающих импульсов,  медленного выключения, дорогостоящих демпфирующих цепей, вероятно, что  через несколько лет они будут заменены усовершенствованными GTO и тиристорами. Эти усовершенствованные отключаемые приборы, которые в свою очередь относятся к классу тиристоров, имеют собственную аббревиатуру  и будут более детально описаны далее в этом разделе.

Тиристор MOS с возможностью управления моментом выключения (MTO, раздел 8), изобретенный Харшадом Мехта (Harshad Mehta) в Корпорации высоковольтных кремниевых устройств (SPCO), выполненный на базе транзисторов для достижения быстрого выключения с маленькими коммутационными потерями. Коммерческое использование данного устройства началось недавно и имеет хороший потенциал для использования в промышленных установках средней и большой мощности, и устройствах FACTS.

Тиристор с управляемым эмиттером (ETO, раздел 9), разработанный в Центре высоковольтной электроники в Вирджинии при сотрудничестве с SPCO, является другой разновидностью GTO, и состоит из последовательно включенных транзисторов низкого напряжения с высоковольтными GTO, для обеспечения необходимого быстрого выключения и низких коммутационных потерь.

Интегрированный тиристор с коммутируемым затвором  (GCT и IGCT, раздел 10), разработан компаниями Мицубиси и  ABB, выполнен на базе GTO с  жестким выключением,который в комбинации с другими устройствами, достигает быстрого  выключения и низких коммутационных потерь отключения. Данный прибор также недавно было введено в эксплуатацию и имеет потенциал для широкого применения в промышленных системах и FACTS.

Управляемый тиристор МОS (MCT, раздел 12), был изобретен Виктором Темпле, сотрудником GE, является основным  прибором, относящимся к тиристорам, которое выполнено на базе интегрированной МОS структуры с возможностью быстрого включения и выключения. Наряду с очень маленькими коммутационными потерями прибор также характеризуется низкими потерями проводимости. Данные приборы предназначены для применения в маломощных системах, но имеют хорошие перспективы для использования в FACTS.

В данном разделе, учитывая важность устройств FACTS,  кратко описаны такие полупроводниковые приборы как диод, транзистор, МОSFET, тиристор, GTO, MTO, ETO, IGCT, IGBTи MCT.

2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МОЩНЫХ ПРИБОРОВ И ТРЕБОВАНИЯ К  НИМ

2.1 Номинальные напряжение и ток

Основным элементом приборов большой мощности обычно является тонкая одно-кристаллических  кремниевая пластина диаметром 75-125 мм, а иногда и 150 мм в диаметре. Прибор на базе пластины одного и того же диаметра может выполняться на высокое напряжение и маленький ток, или наоборот.
Потенциально, кремниевый кристалл имеет очень высокую пробивную прочность 200 кВ/см, а величина его удельного сопротивления находиться между значениями характерными для металла и диэлектрика. Добавление примесей позволяет изменить характеристики проводимости элемента. С добавлением примесей, увеличивается число носителей зарядов, и в результате этого допустимое значения напряжения уменьшается, а величина тока увеличивается. Меньшее количество присадок обеспечивает более высокое допустимое напряжение, но способствуют увеличению потерь напряжения и уменьшению допустимого тока. В некоторой степени допустимый ток и напряжение являются взаимозаменяющими величинами, как упоминалось выше. Больший диаметр пластины, естественно, обеспечивает более высокий допустимый ток. Прибор диаметром 125 мм может иметь допустимый ток 3000-4000 А, а напряжение может изменяться в диапазоне 6000-10000 В.  Так как данный отчет посвящен другим вопросом, в нем не будут излагаться детальные объяснения, а будут отмечены лишь важные параметры различных приборов.
Использование приборов с более высокими номинальными параметрами позволяет уменьшить их суммарное количество и  количество других компонентов, что приводит к уменьшению себестоимости устройства в целом. Наибольшие значения обратного напряжения,  наряду с другими желательными характеристиками, обеспечивается следующими устройствами: тиристорами — 8-10 кВ, GTO —  5-8 кВ,  IGBT —  3-5 кВ.  После определения возможных перенапряжений и необходимых запасов, напряжение, на которое включается прибор, выбирается приблизительно равным половине обратного напряжения. Зачастую необходимо последовательное соединение приборов для создания  высоковольтных вентилей. Одинаковое распределение напряжения в момент включения, выключения, и динамические изменения напряжения являются главными показателями для проектировщиков вентилей при  выборе необходимого прибора из ряда приборов с различными характеристиками. Одним из таких показателей является соответствие приборов, особенно их коммутационных  характеристик.
Мощные силовые приборы могут быть разработаны на токи нагрузки порядка несколько тысяч ампер, таким образом, параллельное соединение приборов не является необходимым. Однако, так как часто ток режима короткого замыкания, определяет требуемую пропускную способность устройства, согласованное параллельное соединение двух  приборов на один и тот же  теплоотвод является хороший решением. Обычно требуется переход в запертое состояние после протекания тока замыкания в течение одного периода в контуре, в котором установлен прибор. В то время как в обычной практике в промышленной электронике используются  плавкие предохранители, их применение нежелательно в таких высоковольтных устройствах какFACTS. При выборе прибора необходимо учитывать все возможные неисправности и действия  защиты, для определения допустимого тока и напряжения, также как необходимых запасов (избыточности). Приборы, относящиеся к группе тиристоров, выдерживают кратковременную перегрузку по току  и большой ток замыкания в течение одного периода без каких-либо повреждений. В поврежденном состоянии тиристор или диод представляют собой короткозамкнутые элементы с малыми потерями напряжения, таким образом, остальная цепь может находиться в дальнейшей эксплуатации при выполнении  функций оставшимися устройствами.
В соответствии с рыночными требованиями, предъявляемым к преобразователям (которые подробно описаны в разделе П3: преобразователи, выполненные на базе источника напряжения), большинство устройств, выполняемых с возможностью управления моментом выключения, не обладают  возможностью запирания в обратном направлении. Данные устройства упоминались как асимметричные устройства с возможностью выключения, которые часто называют просто устройства с возможностью выключения. Устройства, в которых не предусмотрена возможность запирания обратного напряжения,  в техническом исполнении являются  менее массивными, имеют меньшие коммутационные и постоянные потери. И наоборот, более высокое допустимое напряжение в направлении проводимости  может быть получено при использовании асимметричных устройств.  Оказалось, что в преобразователях, выполненных на базе источника напряжения, требуется установка встречно-параллельно диода, подключенного к каждому основному прибору. В данном случае применяются специальные диоды с маленьким обратным током утечки для обеспечения  необходимых требований для включения  основных приборов.
Однако, в  преобразователях, которые будут подробно описаны в разделе П4, выполненных на базе источника тока, требуются приборы с возможностью запирания обратного напряжения. Однако, из-за большого объема асимметричных силовых установок и с учетом их себестоимости, в промышленных установках используют последовательное соединение диодов  с асимметричным главным прибором, для получения возможности запирания.

2.2 Коммутационные потери и скорость коммутации

Полупроводниковые приборы, кроме допустимого напряжения и тока, имеет и другие  характеристики. Наиболее важными среди них являются:
Падение напряжение в прямом направлении и потери в состояние полной проводимости (постоянные потери). Т.к. потери вызывают нагрев кристаллических пластин, необходим быстрый отвод тепла от всего прибора, а  наличие системы охлаждения приводит к существенному удорожанию устройства.

Скорость коммутации. Переход из состояния полной проводимости в непроводящее состояние (выключение) сопровождается высоким значением  dv/dt  сразу после выключения, а переход из полностью непроводящего состояния к проводящему (включение) сопровождается высоким значением di/dt, данное отношение является так же важной величиной и при выключении. Значение величин di/dt и   dv/dt определяют размер, стоимость, и потери в демпфирующих цепях, которые необходимы, чтобы  уменьшать эти показатели,  возможность применения последовательного соединения приборов, а также   значения номинального тока и напряжения прибора.

Коммутационные потери. При включении устройства  происходит увеличение тока в прямом направлении; в течение процесса выключения GTO-приборов наблюдается повышение прямого напряжения до момента уменьшения тока. Одновременное существование значительного напряжения и тока в приборе обусловливает потери мощности. Так как данные потери носят повторяющийся характер, они составляют существенную часть суммарных потерь и часто превосходят постоянные потери проводимости. В конструкции полупроводниковых приборов предусмотрена возможность компромиссного  изменения соотношения между коммутационными и постоянными потерями, это в свою очередь означает, что оптимизированная конструкция устройства является функцией топологии цепи, в которой оно установлено. Даже если номинальная частота сети составляет 50 или 60 Гц, как будет позже отмечено в разделах П3 и П4, преобразователи с «широтно-импульсной модуляцией  (PWM)» для применения в мощных силовых устройствах имеют высокую внутреннюю частоту порядка несколько сотен Гц, и даже несколько кГц. Многократная коммутация приводит к тому, что коммутационные потери могут стать преобладающими в суммарных потерях в PWM преобразователях.

Мощность, необходимую для  затвора и количество потребляемой энергии определяют важную часть потерь и полную стоимость оборудования. При большом и длительном импульсе тока, необходимом для включения и выключения прибора, существенной являются не только величина этих потерь относительно суммарных, но и стоимость устройства формирования импульса и цепей питания может быть выше, чем стоимость самого прибора. Размер всех дополнительных компонентов силовой установки увеличивает ее паразитную индуктивность и емкость, которые в свою очередь вызывают ухудшение характеристик приборов, а именно время коммутации и потери в демпфирующих цепях.  Учитывая важную роль взаимодействия между прибором, контуром управления  и модулем в целом, в будущем основным направлением будет покупка у поставщика прибора и цепей управления как одного единого модуля.

Величине потерь необходимо уделять особое внимание по следующим двум причинам:
Очевидно, что потери приводят к излишним затратам потребителя. В независимости от типа потребителя (промышленный или непромышленный), их потери неизменно определяются на основании оценки полной длительности работы, т.е. величина потерь может быть оценена от 1000$ до 5000$ за  кВт потерь для определения стоимости устройства.  Например, если 1 кВт устройства FACTS стоит 100$  и его потери составляют 2 % (т.е. для каждого 1 кВт потери составляют 0,02 кВт), таким образом, при соответствующей удельной стоимости потерь 2000$ за 1кВт, стоимости потерь будет равна 40$ за 1 кВт, т.е. непосредственно 40 % стоимости преобразователя. Поэтому коэффициент полезного действия для устройстваFACTS мощностью несколько сотен МВт должен быть больше, чем 98 %, и потери в вентилях преобразователя должны быть меньше чем 1 %.

Так как потери вызывают нагрев устройства, необходимо его эффективное охлаждение, т.е. передачу тепла от  кристалла на наружную поверхность высоковольтного герметичного изоляционного устройства к внешнему хладагенту. По этой причине, обеспечение  необходимой конструкцию и охлаждения прибора является достаточно трудной задачей, т.к. необходимо гарантировать, чтобы температура кристаллов не превышала допустимый эксплуатационный уровень, который  составляет около .  Необходимо также гарантировать, чтобы прибор работал с безопасными коммутационными характеристиками и обладал достаточным запасом для перегрузки и токов замыкания. Зачастую, величина тока короткого замыкания определяет характеристики нормальной работы прибора. Большие потери в устройстве означают увеличение его стоимости, влияние на которую оказывают также тепловые потери при водяном или воздушном охлаждение, размер и вес установки в целом.

2.3 Компромиссные решения  при выборе параметров приборов
Стоимость приборов зависит от доли  качественной продукции в общем объеме произведенных приборов, которые затем разделяются на группы по разным параметрам. Это требует постоянного контроля качества продукции  на всех этапах производства приборов:  от исходного материала до готового изделия, включая необходимое качество электроснабжения на предприятии. Все силовые приборы для мощных устройств  FACTS проходят индивидуальное тестирование, так же как и приборы, используемые в преобразователях  ППТ, при этом ведется статистика и архивирование их результатов для будущего сервисного обслуживания.
Кроме компромиссных величин допустимых напряжений и токов, другими взаимосвязанными и допускающими компромиссный подход параметрами являются:
Мощность, необходимая для затвора

величина di/dt

величина  dv/dt

время включения и выключения

включающая и   отключающая способность (так называемая область безопасной работы – SOA, Safety Operating Area)

стабильность характеристик

качество исходных кремниевых кристаллов

экологическая безопасность при производстве приборов, и т.д.

Отметим, что разработка новых конструкций и методов непрерывно продолжается. Учитывая большой ассортимент,  изготовитель проводит анализ потребностей рынка и разделяет его на области применения того или иного прибора. Также  у изготовителей зачастую используются практика выпуска специальных устройств для индивидуальных больших заказчиков и проектов, таких как FACTS и ППТ.
Полупроводниковые приборы часто характеризуют скоростью коммутации, коммутационными потерями, размером и стоимостью демпфирующих цепей и связанными с ними потерями, что в значительной степени обусловлено продажей прибора отдельно от устройств и цепей управления и демпфирующих цепей. В ходе обсуждения изложенного в данном разделе материала станет ясно, что работа прибора связана с  цепями, управляющими затвором, демпферными цепочками и конструкцией шин для соединения отдельных модулей  в комплектный преобразователь, в соответствии с указанным порядком их очередности. Если приборы, цепи управления, демпфирующие цепочки, будут близко расположены от сборных шин, то есть если сборка и продажа оборудования будет осуществлена в виде единого блока, это позволит значительно уменьшить стоимость оборудования. Фактически электрическое и механическое объединение собственно полупроводниковой пластины и ее цепей управления, обеспечивает значительные преимущества применения. Для промышленных установок малой  и средней мощности, существует распространенная практика поставки нескольких собранных приборов в виде блока или модуля, которые составляют полную схему или ее часть. Данная практика позволяет уменьшить стоимости сборки, исключая необходимость обслуживания объединения нескольких элементов, начиная с кристаллического устройства и цепей управления. Именно с этим намерением, американское научно-исследовательское управление ВМС (ONR, Office of Naval Research) выработало программу для электронного оборудования, названную «Модульное построение силовых электронных устройств (PEBB)», посвященную всем аспектам взаимодействия, включая собственно прибор,  цепи  управления, сборку,  шины, что позволило уменьшить полную стоимость преобразовательной установки, потери, весовые показатели и размеры. Эта основное направление развития  привело к значительным успехам, которые повсеместно признаются. Поставка устройств осуществляется с заранее установленными  цепями управления  и демпфирующими цепями от различных производителей, необязательно со ссылкой на PEBB.

3. Материалы полупроводниковых приборов

Полупроводниковые приборы выполняются на базе одно-кристаллических кремниевых пластин  высокой чистоты. Монокристаллы длиной несколько метров и требуемым диаметром (до 150 мм) выращиваются в так называемой зоне плавания в специальных печах. Затем этот огромный кристалл разрезается на тонкие пластины, которые используют в  силовых установках после многоступенчатого технологического процесса.
Чистые атомы кремния имею по четыре электрона для  связи с соседними атомами в узлах кристаллической решетки. Данных материал характеризуется высоким удельным сопротивлением (диэлектрик) и очень высокой электрической прочностью (более чем 200 кВ/см). Его удельное сопротивление и количество носителей заряда могут быть изменены, посредствам изменения в различных слоях  пластины путем введения определенных примесей (присадок). Применяя различные примеси, уровни и формы их добавления, наряду с применением высоких технологий  фотолитографии, лазерной резки, травления, изоляции и сборки,  выпускают мощные приборы с заданными характеристиками.
Добавляемые в пластины кристалла кремния примеси разделяют на доноры и акцепторы. Например, фосфор является донором, так как его атом имеет пять электронов, в то время как кремний четыре. При внедрении атома фосфора в кремний, он занимает место в узле кристаллической решетки с одним дополнительным электроном. Этот дополнительный электрон может быть легко смещен  электрическим полем.  Когда электрон смещается от  атома фосфора, это приводит к образованию на его месте положительно заряда (называемого дыркой), которое ожидает заполнения каким либо другим электроном, на месте которого в свою очередь также образуется дырка. Таким образом, при приложении электрического поля, начинается движение электронов и дырок в направлении проводимости. Фосфор называется  n примесью, т.к. данный элемент увеличивает число отрицательно заряженных частиц (электронов), участвующих в процессе проводимости. Когда добавление фосфора в кремний  незначительно, его обозначают как n^— примесь, а когда количество добавленного фосфора значительно, то, как n⁺ примесь.
Другой добавляемой примесью является бор, который выполняет функции  противоположные фосфору. Данный элемент имеет три электрона в атоме, таким образом, при внедрении атом бора в кремниевую кристаллическую решетку, образуется дырка, которая может быть заполнена движущимся электроном. В случае, когда место заполнено атомом бора, это приводит к образованию отрицательного заряда в этой точке кристаллической решетки, ожидающему нейтрализации дыркой из другой точки решетки, которая в свою очередь приобретает отрицательный заряд, таким образом, образуется возможность перемещения дырок. Добавку бора называют p примесью, т.к. он увеличивает количество положительных дырок, участвующих в процессе.   При небольшом добавлении р элемента в кремний используется обозначение p^—_, при значительном — p⁺ .
Таким образом, перенос заряда при приложении электрического поля, обеспечивается свободными электронами в кремнии с n примесями, и дырками в кремнии с p примесями.
Дырки в  кремнии с p примесями называются основными носителями заряда, а электроны в этом случае называются неосновными носителями. В кремнии с n примесями, наоборот, электроны являются основными носителями, а дырки  — неосновными.
В дополнение к носителям заряда, наличие которых обеспечено введенным примесями в материал прибора, существует так называемая внутренняя проводимость, которая обусловлена одинаковым количеством электронов и дырок, появляющихся под действием температурного возбуждения. Проводимость данного вида имеет место непрерывно, при этом происходит рекомбинация носителей заряда в соответствии с их временем жизни, таким образом, обеспечивается необходимое равновесие плотности носителей заряда порядка  в диапазоне от 0°С до 100°С.
Для достижения большой величины запирающего напряжения, требуется небольшое количество примесей (меньшее количество носителей заряда), что приводит к тому, что процесс переноса заряда в большей степени обусловлен внутренней проводимостью. Так как внутренняя проводимости являются функцией температуры, ее составляющая становиться существенной и даже основной при протекании больших токов.
В качестве исходного материала для мощных высоковольтных полупроводниковых приборов используются кремниевые пластины, облученные нейтронами в реакторе. В зависимости от степени облучения, изменяется количество кремниевых атомов, преобразованных в атомы фосфора, таким образом, обеспечивается добавление n примеси в кремний, но с  низкой и однородной концентрацией, порядка , что сопоставимо с концентрацией внутренних носителей. При диффузии в высокотемпературных печах и других процессах, в тонкой пластине с низким уровнем n примесей происходят изменения за счет многократного добавления примесей слоями, каналами и т.д., что необходимо  для определенных устройств. Технологические процессы легирования являются предметом специальных дисциплин и  не рассматривается в отчете.

4.  ДИОД (р-n-переход)

Условное обозначение диода показано на Рис.2(а), а на Рис. 2(b) представлен  поперечный разрез его структуры, состоящей из нескольких слоев. Повсеместное использование диодов в устройствах FACTS объясняется их следующими свойствами:

Диодный преобразователь может использоваться как простое, дешевое и эффективное устройство для  преобразования  активной мощности в установках FACTS.

Диод включается встречно – параллельно с каждым отключаемым тиристором  в преобразователях, выполненных на базе источника напряжения, а также для связи промежуточных уровней многоуровневых преобразователей напряжения (рассматриваемых в разделе П3).

Включение диода может осуществляться последовательно с каждым отключаемым тиристором для блокирования обратного напряжения (раздел П4).

Диоды могут использоваться в управляющих и демпфирующих цепях.

C уверенностью можно сказать, что почти половина приборов, используемых в устройствах FACTS,  являются диодами.
Диодом называется прибор с одиночным соединением p и n слоев кремниевой пластины (Рис.2 (b)).
Слой р характеризуется дефицитом электронов (в качестве основных носителей заряда в этом случае выступают дырки), и, аналогично, в n слое наблюдается их избыток, и в этом слое электроны являются основными носителями. Как ранее упоминалось, эти p и n слои получены путем добавления примесей в кремниевый слой.  При приложении напряжения к диоду, которое обеспечивает отрицательную полярности р слое и положительную полярности n, происходит генерация носителей электрического заряда, которые участвуют в процессе проводимости, таким образом объясняется процесс  односторонней проводимости через рn переход (диод). Под действием внешней силы осуществляется движение дырок из p слоя в n слой через их  соединение и  электронов из р слоя в n. Однако, если к диоду приложить напряжение обратной полярности, то происходит движение дырок и электронов от поверхности соединения р и n слоев, таким образом, создается внутреннее встречное поле, которое препятствует протеканию тока. Более подробное объяснение принципа действия диода необходимо для лучшего понимания процессов, происходящих в устройствах, состоящих из нескольких рn переходов.
Движение электронов и дырок обусловлено двумя физическими процессами:
Диффузией, вызванной различной концентрацией носителей заряда

Упорядоченным движением, вызванным приложением внешнего напряжения

Без приложения внешнего напряжения, pn переход  обладает очень маленьким электрическим полем (меньше, чем 1 В). Создание этого поля обусловлено диффузией небольшого числа дырок из p слоя в n и электронов из n слоя в p. На границе раздела, с обоих ее сторон, формируется пространственный заряд, который создает электрическое поле, направление которого препятствует созданию вакантных мест для электронов  и дырок, участвующих в процессе диффузии. Это маленькое электрическое поле характеризуется положительной полярностью на рслое и  отрицательной на n слое. Когда анод имеет положительную полярность относительно катода, осуществляется движение электронов от n к p  и дырок от p к n слою.  Как только происходит преодоление барьера, созданного малым электрическим полем, обусловленным диффузией носителей с напряжением меньше чем 1В, в элементе осуществляется протекание большого тока, вызванного упорядоченным движением зарядов  под действием положительного задающего напряжения. Падение напряжения будет увеличиваться с увеличением тока, величина которого определяется сопротивлением кремния, и составляет примерно 1,5-3,0 В при номинальном токе.
В случае, когда катод приобретает положительную полярность относительно анода, происходит отток электронов от границы раздела в n слое, и дырок от границы в p слое. Таким образом, создается сильное электрическое поле около границы раздела слоев, которое характеризуется положительной полярностью на катоде и отрицательной на аноде, противодействующее внешнему полю, то есть, в диоде (идеальном) отсутствуют какие-либо механизмы переноса заряда.
Область формирования электрического поля на границе раздела слоев получила название, область обеднения (истощения).  При более высоком добавлении примесей, поле является более интенсивным и поэтому область обеднения (истощения) является более тонкой  и наоборот. В пределах области истощения, максимальное значение поля наблюдается в области соединения двух слоев. При увеличении обратного напряжения, область истощения будет увеличиваться, по существу, на стороне  n^—, и диод может пробиться, если обратное напряжение будет достаточно велико для увеличения обедненного слоя до полной ширины n^— области.
В состоянии проводимости, когда дырки пересекают границу раздела и входят в  n слой, они становятся неосновными носителями заряда. Точно так же, как и электроны, переходя из nв p область, становятся неосновными носителями. Таким образом, прибор является устройством, базирующемся на неосновных носителях заряда, поскольку носители заряда, обусловленные добавлением примесей,  преобладают в осуществлении проводимости.
В мощных диодах n-типа (Рис. 2 (c)), в слой p  вводиться большое количество примесей (p⁺),  что приводит к очень узкой обедненной области на  стороне p⁺, а в слой n около  границы раздела вводиться небольшое количество примесей (n^—), что приводит к широкой области обеднения на сторонt n^—. Когда к диоду прикладывается обратное напряжение (т.е. катод имеет положительную полярность относительно анода), на стороне n^— происходит большее расширение, чем на p стороне. Поэтому сторона n^— становиться более широкой и удерживает почти все обратное напряжение. Следовательно,  в слой n^— необходимо вводить небольшое количество примесей, так как внутренние носители заряда будут составлять значительную часть носителей n^— слоя. Увеличение толщины прибора выполнено с целью увеличения возможного обратного напряжения прибора в соответствии с расширенным обедненным слоем. Увеличение толщины, в свою очередь, увеличит сопротивление прибора  и постоянные потери проводимости. Слой n^—называют областью проводимости, так как кроме фактического обедненного уровня, соответствующего приложенному обратному напряжению, процесс переноса заряда осуществляется с помощью диффузии, обусловленной тепловым движением, небольшого количества носителей через n^—  слой большой толщины. Почти все кремниевые диоды  разработаны с максимально возможной шириной n области.
В диодах большой мощности, также осуществляется добавление большого количества примесей в n слой (n⁺) на достаточном расстоянии от р-n перехода, к которому осуществляется подключение катода (Рис.2 (c)). Области p⁺ и n⁺ находящиеся по концам устройства, характеризуются большим количеством  примесных носителей заряда, для избежания расширения области обеднения при приложении обратного напряжения вплоть до металлического электрода. Другой важной функцией n⁺ слоя является то, что при достижении обедненного слоя границы  n⁺ слоя, напряженность вдоль n^— слоя будет выравниваться и , таким образом, возможно приложении более высокого напряжения. Данный процесс называется операцией перфорации, он позволяет для тех же значений обратного напряжения уменьшить толщину n^— слоя и, следовательно, уменьшить постоянные потери. Постоянные потери, также уменьшаются из-за возможности участия в процессе проводимости в прямом направлении носителей заряда из n⁺ слоя. Большое содержание примесей в n слое, находящемся рядом с анодным электродом, характерно и для ряда других устройства, описанных ниже.
Для диодов большой мощности, также как и для других энергетических кремниевых  силовых установок, края устройства специально обработаны (физически и путем добавления присадок) и изолированы, для предотвращения пробоев по краям. Это необходимо, так как уровень электрической прочности среды вблизи краев пластины намного ниже (порядка 1/10), чем  прочность полупроводниковых слоев прибора. В данном отчете не рассматриваются вопросы перехода от кремниевой  пластины к внешней среде (пассивация), так как они сами по себя являются достаточно сложными. Кожух устройства обеспечивает   герметичность и жесткость соединения кристаллических слоев и необходимую внешнюю изоляцию между анодом и катодом, а также хороший термический контакт между пластиной и внешней конструкцией прибора, для эффективного отвода тепла изнутри к внешней стороне. Обеспечение сборкиприбора, которая эффективно сочетает в себе  комбинацию электрических, тепловых и механических нагрузок, является главной проблемой для всех мощных электронных приборов.
Обычно, при практическом применении, когда ток в цепи становиться равным нулю, диодное напряжение скачкообразно принимает некоторое отрицательное значение. Данное изменение напряжения вызывает кратковременный (микросекунды или десятки микросекунд) ток в обратном направлении, что вызывает движение внутренних избыточных зарядов и восстановление обедненного слоя, соответствующему приложенному обратному напряжению. Этот обратный ток в диодах приводит  к увеличению тока, необходимого для включения отключаемых приборов в преобразователях, выполненных на базе источника  напряжения  (Раздел №7.1), что в свою очередь увеличивает потери включения этих приборов. Поэтому диоды, используемые в преобразователях, выполненных на базе источника напряжения, включаемые параллельно отключаемым приборам должны характеризоваться быстрой способностью отключения и маленьким накопленным зарядом. Для увеличения скорости срабатывания и уменьшения накопления заряда были разработаны усовершенствованные типы диодов с помощью специальной технологии добавления присадок. Улучшение характеристик  диодов с помощью уменьшения обратного тока в выключенном состоянии окажет существенное влияние на стоимость преобразователей, выполненных на базе источников напряжения.

Рис. 2. Диод: (a) условное обозначение, (b) и (c) структуры диодов.

5.  ТРАНЗИСТОР
Транзисторами называют группу трехслойных (с двумя p-n переходами) устройств. В данном разделе рассмотрены основные принципы работы транзисторов для лучшего понимания работы мощных устройств.
Эквивалентом транзистора является два встречно- включенных p-n диодных перехода. Существует два типа транзисторов:
Pnp транзистор (Рис.3 (a, b)), который соответствует двум последовательно включенным переходам рn (диод) и np (обращенный диод), таким образом, что образуется прибор, состоящий из двух p слоев и  n слоя между ними. Анод (эмиттер) –  p слой выполняется  широким, слой n (база) – узким, а катод (коллектор) – p слой – узким с большим количеством примесей.

Npn транзистор (Рис. 3 (c, d)), который соответствует двум расположенным друг над другом nр (обращенный диод) и рn (диод), таким образом, что образуется прибор, состоящий из двух n слоев и  р слоя между ними.

Рассмотрим принцип действия только npn транзистора, т.к. транзисторы большой мощности относятся именно к этому типу, один из внешних слоев n, выполненный с добавлением большого количества примесей (n⁺), называется эмиттером, другой n слой называется коллектором  и средний p слой называется базой. В случае, когда при включении внешнего задающего напряжения коллектор имеет положительную полярность относительно эмиттера, в устройстве отсутствуют  какие-либо электрические токи, так как происходит запирание прибора обедненным слоем, сформированным на границе np перехода на стороне коллектора. Это соединение сделано для возможности запирания высокого напряжения с низким добавлением примесей в p слое.  Таким образом, при возникновении другого небольшого внешнего напряжения, приложенного к базе (затвору), при ее положительной полярности относительно эмиттера, возникнет поток электронов от n⁺ эмиттера к базе p (ток от затвора к эмиттеру). При движении электронов от n⁺  эмиттера к базе, происходит также ускорение электронов электрическим полем обедненного слоя к коллектору; направления протекания токов через прибор показаны стрелками на Рис.3 (d).
Так как количество полученных электронов от n⁺ слоя является функцией тока базы, происходит ограничение (насыщение) электрического тока, значение которого определяется напряжением обедненного слоя. На Рис.4 показы характеристики проводимости устройства в прямом направлении, в виде зависимости тока устройства от напряжения при различных значениях тока базы. Ток базы определяет ток насыщения устройства. В нормальном режиме работы при больших токах базы, ток и падение напряжение в прямом направлении силовой установке будут ограничены  линией насыщения слева от кривых, таким образом, падение напряжения и, следовательно, потери будут маленькими. Но если ток базы ограничен,  часть падения напряжения будет приходиться на само устройство, и его ток будет ограничен линией насыщения для соответствующего тока базы. Эта особенность используется в преобразователях малой мощности для ограничения тока при внешней аварии, после чего осуществляется быстрое выключение прибора безопасным способом.
Необходимо отметить, что в силовых приборах пластина выполняется с большим числом параллельных элементов базы, пронизывающих верхний слой, и в действительности мощный транзистор может состоять из большого количества параллельно соединенных устройств небольшой мощности.
Из-за относительно низкого коэффициента усиления (отношения тока базы к току прибора), устройства выполняются с каскадным усилением, как показано на Рис.5. Такие транзисторы получили название транзисторы Дарлингтона.
Рис. 3. Транзистор: (а)условное обозначение, (p-n-p), (b)p-n-p структура, (c) условное обозначение(n-p-n), (d) n-p-n структура.
Рис. 4. Вольтамперная характеристика транзистора для разных значений тока базы.
Рис. 5. Транзистор с каскадным усилением.

Существует много конструкций (типов) транзисторов. Транзистор, характеризующийся большой скоростью коммутации  и низкими коммутационными потерями получил название полевой транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник (МОSFET), в котором управление затвором осуществляется в большей степени электрическим полем (напряжением), чем током.  Это обеспечивается емкостной связью между затвором и прибором. На Рис.6 показана структура и эквивалентная схема данного типа транзистора. Транзисторы МОSFET нашли широкое применение в маломощных устройствах (несколько кВт) и не используются в установках большой мощности. Однако, они применяются совместно с усовершенствованными GTO, как будет объяснено в Разделах  №8 для MTO и Разделах №9 для  ETO; по этой причине данный параграф посвящен краткому описанию МОSFET.
МОSFET может быть выполнен на базе pnp или npn структуры, на Рис.6 показана только npn структура. Прибор выполнен с диэлектрическим слоем оксида кремния (SiO), который осуществляет соединение между металлическим контактом затвора, n⁺ и p переходами. Основным преимуществом затвора МОS является применения напряжения, вместо тока, относительно источника для полного или частичного запирания  устройства путем создания пространственного заряда вокруг небольшой зоны затвора. При приложении к затвору достаточного положительного напряжение относительно эмиттера, под действием этого электрического поля осуществляется движение электронов из n⁺ слоя в p. Таким образом, открывается ближайший к  затвору канал, который, в свою очередь, обеспечивает протекание тока от стока (коллектора) к источнику (эмиттеру).
На стороне стока в МОSFET вводиться большое количество добавок для создания n⁺ буфера ниже слоя проводимость дрейфа n^—. В соответствии с изложенным в Разделе №4, в диодах этот буфер сдерживает расширение  обедненного слоя для предотвращения его соприкосновения с электродом, выравнивает напряжение поперек  n^— слоя, а также способствует уменьшению падения напряжения в режиме проводимости. Наличие буферного слоя характеризует прибор как асимметричный с довольно низким обратным напряжением.
Для затвора транзистора МОSFET характерно маленькое потребление энергии, большая скорость коммутации и маленькие коммутационные потери.  К сожалению, МОSFET обладают высоким сопротивлением в режиме проводимости в прямом направлении, а следовательно, и высокими постоянными потерями, что делает невозможным их использование в силовых установках, но они нашли широкое применение в качестве усилительных устройств затворов.
Транзисторы МОSFET имеют вольтамперные характеристики,  аналогичные показанным на Рис.4; однако, ток базы заменен напряжением затвора.
Рис.6.  МОSFET: a -условное обозначение МОSFET, b- структура MOSFET.

6. ТИРИСТОР (без возможности управления моментом выключения)

Тиристором называется трехслойное устройства с тремя р-n переходами (Рис.7),  условное обозначение и структура которого показаны на Рис.7 (a) и Рис.7 (b). Тиристор – это коммутационный прибор, способный пропускать ток в одном направлении. Включенный  подачей отпирающего импульса, он переходит в проводящее состояние с весьма малым прямым падением напряжения  (от 1,5 до 3 В) при номинальном токе. В устройстве не предусмотрена возможность управления моментом отключения тока, таким образом, оно выключается только при естественном переходе через нуль тока, обусловленного процессами во внешней цепи.
Как ранее упоминалось, тиристор является незаменимым устройством в силовой электронике. Во многих случаях возможность управления моментом выключения не является необходимой. Обычные тиристоры имеют более высокие номинальные значения напряжения и тока, характеризуются более простой схемой управления, меньшими потерями; их стоимость составляет менее  половины по сравнению с приборами, выполненными с возможностью управления моментом выключения. Поэтому, решение в пользу более дорогого прибора с возможностью управления моментом выключения с  более высокими  потерями принимается на основании  решающих преимуществ,  что может иметь место именно для устройств  FACTS, что будет пояснено ниже.
Как показано на Рис.7 (с,d), тиристор эквивалентен объединению двух транзисторов типа  pnp и npn. При подаче положительного сигнала включения на p затвор верхнего npnтранзистора относительно n⁺ эмиттера (катод на Рис.7 (d)), прибор переходит в проводящее состояние. Ток через npn транзистор становится отпирающим фактором для затвора pnpтранзистора, как показано стрелками, способствуя и его переходу в проводящее состояние. В свою очередь ток через pnp транзистор, становится отпирающим фактором для затвора npnтранзистора, обеспечивает регенеративный эффект устойчивой проводимости с низким падением напряжения в прямом направлении при протекании электрического тока, по существу ограниченного внешней цепью. Важно отметить, что  когда тиристор переходит в  проводящее состояние, происходит насыщение внутренних p и n слоев  электронами и дырками, и работа устройства соответствует  короткозамкнутой цепи в прямом направлении. Таким образом, тиристор в целом ведет себя подобно устройству с одним pn с переходом (как диод).  Т.е. падение напряжения в режиме проводимости  в прямом направлении соответствует только одному переходу (при фактическом наличии трех), что  сравнимо с прибором с двумя  переходамиMOSFET и IGBT.
Из диаграммы очевидно, что  n база нижнего транзистора,  также может использоваться для включения, однако в этом случае требуется больший ток базы, поэтому в тиристорах в качестве затвора для включения  используется p база.
Рис. 7.  Тиристор: (a) условное обозначение тиристора, (b) структура тиристора, (c) двух –транзисторная структура , (d) эквивалентная схема тиристора.

При переходе тока через нуль (обусловленного внешней цепью), в центре области pn тиристора остается избыточное количество электронов и дырок, удаление или рекомбинация которых необходимы  для  восстановления его готовности блокирования напряжения, когда оно снова станет положительным.  В цепях, выполненных на базе тиристоров, удаление этого накопленного заряда осуществляется  незамедлительно после приложения отрицательного напряжения к прибору после перехода тока через нуль, в дополнение к более медленному процессу рекомбинации носителей заряда, обусловленного тепловым равновесием.  Таким образом, время выключения, которое может составлять от нескольких до нескольких десятков микросекунд, зависит от приложенного обратного напряжения после перехода тока через нуль, и должно тщательно учитываться в зависимости от  особенностей применения. Время выключения должно быть достаточным для последующего безопасного приложения положительного напряжения.
В случае большой пластины тиристора, затвор выполняется со структурой, распространяющейся по всей катодной поверхности, как показано на фото Рис.8.  Кроме того, для уменьшения необходимого импульса тока затвора применяются  несколько усилительных каскадов, выполненных в виде концентрических окружностей в центре. Это является существенным для быстрого распространения тока включения по всему прибору.  Это обеспечивается посредствам применения ряда различных структур затвора; одна из таких структур показана  на Рис.8.  Требуемая структура выполняется с помощью трафаретов, фотолитографии, травления, окисной изоляции, и т.д.,  начиная с обработки слоя с n^— примесьюоднокристаллической пластины.
Быстрое распространение тока при включении по всей пластине является важной характеристикой, особенно для того, чтобы гарантировать протекание больших аварийных токов  в течение небольших промежутков времени, также как и для уменьшения потерь проводимости.
Целесообразно ввести в цепь управления дополнительный высоковольтный внешний тиристор с очень маленьким  током, для того, чтобы  увеличить усиление  и уменьшить мощность, прикладываемую к  затвору силового тиристора. Такое устройство было бы недорогим из-за его маленького номинального тока.
Включение тиристора может быть также осуществлено при подаче в область затвора электромагнитной волны (света) с соответствующим спектром.
Тиристор с прямым световым включением, позволяет осуществлять включение тиристора независимо от схем управления через волоконный световод. В качестве альтернативы можно рассматривать  внешний управляемый тиристор (упомянутый выше), который может быть выполнен как тиристор с световым включением, осуществляющий включение основного тиристора, который является электрически включаемым.
Приложение положительного анодного  напряжения  с высоким значением нарастания напряжения   (du/dt) может также включить прибор. Это объясняется емкостной связью катода и затвора, а большое значение нарастания напряжения  dv/dt вызывает  протекание достаточного тока для включения  прибора. Этот вид включения тиристора является небезопасным, так как такое включение может происходить в «слабой точке» области проводимости и распространяться медленно, что может вызвать  повреждение прибора. Опасное включение может также произойти, если при слишком большом прикладываемом напряжении в направлении проводимости, таким образом, обеспечивается появление  носителей заряда в «слабой точке»посредствам ускорения внутренних носителей заряда.  Это также предполагает возможность преднамеренной разработки устройства со «слабой точкой», т.е. безопасное включение может быть предусмотрено конструкцией прибора. Такие устройства с системой самозащиты и избирательным включением были использованы в недавно выполненных проектах ППТ.
Другим важным аспектом является то, что при подаче импульса включения  между анодом и катодом должно иметься большое напряжение, или высокая скорость его нарастания, чтобы вызвать быстрое включение. Недостаточное напряжение способствует мягкому включению прибора с медленным уменьшением  падения напряжения на приборе при увеличении тока. Данный способ включения приводит к высоким коммутационным потерям  в некоторой области прибора и к его возможным повреждениям.  В зависимости от применения, прибор должен проектироваться для указанного минимального напряжения включения с блокированием импульса включения в случае приложения несоответствующего напряжения в прямом направлении.
При высоких температурах, тиристор имеет отрицательный температурный коэффициент. Это выполнено для того, чтобы гарантировать однородное внутреннее включение и выключение устройства. Тиристор является высоковольтным прибором  с большим количеством внутренних носителей заряда и носителей, обусловленных добавлением примесей. При увеличении температуры увеличивается число тепловых носителей, что приводит  к снижению падения напряжения  в прямом направлении.
При переходе тиристора во включенное состояние необходимо обеспечить минимальный ток от анода  к катоду для поддержания прибора во включенном состоянии. Этот минимальный ток обычно составляет несколько процентов от  номинального тока. В цепях управления предусмотрена возможность подачи повторного импульса включения, если это необходимо.
Отметим, что вообще тиристоры имеют большую перегрузочную способность. Они выдерживают двукратную перегрузку по току  в  течение нескольких секунд,  десятикратную в течение нескольких периодов, и 50-кратный ток короткого замыкания в течение одного периода.

Рис.8.  Тиристор с пластиной  диаметром 125 мм, с номинальными параметрами  5 кВ и 5000 A.  Затвор выполнен в виде спирали с дополнительным усилительным прибором в центре. Прибор имеет уникальную легкую многослойную кремниевую конструкцию (LSS) с соединительной инертной кремниевой пластиной. Импульс управления прикладывается к двум зажимам между затвором и катодом. (С разрешения корпорации энергетических кремниевых устройств SPCO.)

7. ТИРИСТОР С ВОЗМОЖНОСТЬЮ УПРАВЛЕНИЯ МОМЕНТОМ ВЫКЛЮЧЕНИЯ  (GATE TURN-OFF)

Тиристор с возможностью управления  моментом выключения  (GTO – от английского термина Gate Turn Off) в основном аналогичен обычному тиристору и по существу большинство аспектов, обсужденных выше в Разделе №6, относятся  также и к GTO. GTO-тиристор (Рис. 9) подобно обычному тиристору, является   включаемым прибором, но также обеспечивает и выключение. Материал, изложенный в данном разделе, относится к обычному GTO-тиристору, без последних дополнений, используемых в приборах под другими сокращенными обозначениями, которые рассмотрены ниже.
Эквивалентная схема GTO-тиристора, Рис.9 (c), аналогична эквивалентной схеме тиристора на Рис.7 (c) , за исключением того, что добавлена возможность выключения между затвором и катодом параллельно  затвору включения (что показано  только стрелками на эквивалентной схеме). При подаче большого импульса тока в направлении от катода к затвору, происходит перемещение значительного количество носители заряда от катода, то есть, от эмиттера верхнего pnp транзистора, и таким образом, npn транзистор  не будет принимать участия в процессе регенерации. Поскольку верхний транзистор переходит  в выключенное состояние, нижний транзистор остается с открытым затвором, таким образом, прибор возвращается в непроводящее состояние. Однако, необходимый ток затвора для реализации выключения является весьма большим.  Принимая во внимание, что импульс тока, необходимый для включения, может составлять 3-5 %, то есть, порядка  30 A, в течение 10 мксек для  устройства с номинальным током 1000А, в то время как ток,  необходимый для выключения устройства, составляет 30-50 %, то есть, 300А или больше в течение 20-50 мксек. Напряжение,  необходимое для управления большим импульсом тока, относительно невелико (приблизительно 10-20 В),  и поскольку длительность импульса составляет  20-50 мксек, энергия, необходимая для выключения прибора, является не очень большой величиной. Все же GTO  характеризуется достаточно большими потерями, поэтому экономическая целесообразность его применения обусловлена величиной потерь и  требуемым охлаждением, с учетом количества вентилей и их устройств выключения в преобразователе. Необходимая энергия для выключения GTO в 10 — 20 раз больше энергии, необходимой для включения, а  энергия для включения GTO в 10 — 20 раз больше энергии включения  тиристора. Стоимость и размер цепей выключения GTO сопоставимы со стоимостью самого прибора.
Другое соображение состоит в том, что процесс выключения должен осуществляться равномерно по всему прибору. Принимая во внимание, что тиристор имеет один катод с одиночной структурой затвора, которую распространяют по прибору, для успешного отключения  GTO требуется разделение катода на несколько тысяч участков (островков) с общей линией затвора, которая окружает весь катод и его участки (см. Рис. 10). Таким образом, GTO состоит из большого количества катодов тиристора с общим затвором, областью проводимости (дрейфовой областью), и анодом. Учитывая сложную структуру, современные GTO не имеет встроенных схем усиления. Следовательно, полная возможная для использования в качестве катода область уменьшилась примерно приблизительно на 50% по сравнению с тиристором. Поэтому падение напряжения GTO в прямом направлении приблизительно на 50 % больше, чем у тиристоров, но, однако, на 50% ниже, чем у транзистора (IGBT) такой же мощности. Технологический процесс производства GTO является аналогичным процессу производства тиристоров, хотя вследствие сложной структуры катода, необходимы  большие требования к чистоте производственных помещений, а стоимость GTO  может быть вдвое больше стоимости тиристора с аналогичными характеристиками. Что касается тиристоров конструкции GTO, в них осуществлен компромисс таких параметров как напряжение, ток, di/dt, du/dt, время коммутации, потери проводимости, коммутационные потери, и т.д.
GTO широко используются в преобразователях, выполненных на базе источника напряжения,  в которых применено встречно-параллельное включение с каждым GTO-тиристоромдиодов, характеризующихся быстрым восстановлением,  что в свою очередь означает, что в GTO нет необходимости предусматривать возможность устойчивости к обратному напряжению. Что также обеспечивает оптимизацию других параметров, особенно падения напряжения и применения более высоких номинальных значений тока и напряжения. Оптимизация параметров достигается с помощью так называемого буферного слоя, т.е n⁺ слоя с большим количеством примесей на границе с n^— слоем. Такие GTO называются асимметричными.
Так же как и у тиристоров, непрерывный длительно допустимый эксплуатационный термический предел  pn перехода составляет 100°С, после принятия в расчет допущений относительно требований для протекания тока замыкания. Подобно тиристору, GTO способен  выдерживать кратковременную перегрузку по току (10-кратную в течение одного периода). Механизмы возникновения неисправностей аналогичны, поэтому необходима соответствующая форма краев пластин для уменьшения перенапряжений и пассивация, с целью избежанияперекрытий  вблизи граней.
В тиристорах, поскольку переход тока через нуль вызывается  внешней сетью, напряжение на приборе после этого автоматически и немедленно становится отрицательным.  Напротив, GTO  выключается в то время, когда к контуру все еще приложено напряжение в  прямом  направлении. Поэтому для успешного выключения необходимо уменьшить скорость нарастания прямого напряжения с помощью демпфирующих цепей.
В GTO, с анодной стороны pn^— перехода введено небольшое количество примесей с целью поддержания почти всего запирающего напряжения,  по существу, на n^—слое.  С другой стороны, в катодную часть pn перехода добавлено большое количество примесей с обеих сторон, для того, чтобы напряжение включения было приблизительно 20 В.
Рис.9. Тиристор с возможностью управления моментом выключения (GTO): a- условное обозначение GTO-тиристора, b- структура GTO-тиристора, c- эквивалентная схема GTO-тиристора.
Рис.10.  Пластина GTO-тиристора  диаметром 77 мм на номинальные параметры  4,5 кВ и 2000 A. Катодная структура состоит из большого числа  зубчатых островков, расположенных по окружности. Остальная поверхность является затвором.

7.1. Процессы включения и выключения

Кроме мощных цепей управления, GTO-тиристор характеризуются большими коммутационными потерями, что является важным при оценке процессов включения и выключения с учетом перенапряжений на приборе и потерь. На Рис.11 представлены упрощенные  характеристики процессов выключения и включения. Для включения устройства, между затвором и катодом подается импульс тока в течение 10 мксек, величина которого составляет около 5% тока нагрузки с большой скоростью нарастания, ограниченной в значительной степени индуктивностью контура затвор-катод. Однако, в цепи имеется задержка на несколько микросекунд прежде, чем анодно-катодный ток начинает возрастать, а напряжение понижаться.Величина производной тока ограничена параметрами цепи, так как для безопасного включения прибора требуется равномерное включение всех катодных островков. Также, учитывая топологию цепи преобразователей напряжения, выполненных на базе источника напряжения (раздел П3), включение GTO сопровождается выключением встречно — параллельного диода, подключенного к другому вентилю той же самой фазы. Следовательно,  GTO-тиристор включает ток главной цепи, а также пропускает большой обратный ток утечки  диода. В течение этого процесса происходит нарастание тока и медленное уменьшение  анодно-катодного напряжения в соответствии с распространением плазмы, до значения напряжения, соответствующеговключенному состоянию устройства.
После полного включения, необходимо поддерживать некоторый ток затвора приблизительно 0,5 % от номинала, чтобы исключить возможность его запирания; этот ток называется током величины удержания («заднее крыльцо»). Потери включения GTO являются результатом одновременного существования напряжения и тока, что усугубляется токовой перегрузкой обратным током диода, упомянутого выше.
Процесс выключения требует намного большего обратного импульса тока, значение которого составляет больше чем 30 % тока прибора, который переводит часть тока от катода к затвору. При приложении импульса выключения, наблюдается существенная временная задержка (называемая временем задержки), в катодной области, прежде чем ток начинает уменьшаться и происходит увеличение напряжения. Эта задержка приводит к существенному потреблению энергии цепями затвора. Уменьшение анодно-катодного тока сначала происходит быстро до некоторого небольшого  значения, а затем продолжает уменьшаться медленно, пока не произойдет рекомбинация носителей в pn области анодной части прибора. Потери, вызванные данным процессом, составляют значительную часть суммарных потерь выключения.
В течение выключения необходимо ограничивать скорость нарастания напряжения, чтобы гарантировать безопасность всех катодных островков.
Основным недостатком GTO по сравнению  с IGBT, описание которого будет представлено ниже, является большое потребление энергии на выключение.  GTO-тиристоры — приборы с большим временем выключения, более низким допустимым di/dt и du/dt, и поэтому, дорогостоящими цепями демпфирования включения и выключения, что в свою очередь увеличивает стоимость прибора и потери.  Из-за медленного выключения, прибор может быть использован в ШИМ-преобразователях с относительно низкой частотой (до нескольких сотен Гц) которой, однако, достаточно для мощных преобразователей. С другой стороны, GTO характеризуются более низким падением напряжения в прямом направлении и большими номинальными величинами, чем IGBT. GTO использовался в  устройствах FACTS мощностью несколько сотен MВт.
Большим преимуществом было бы, если бы прибор имел низкое падение напряжение во включенном состоянии (как у тиристора), так же как и малое потребление энергии на включение и быстрое выключение (как у IGBT). Фактически, на рынке существует ряд таких устройств, которые со временем могли бы заменить обычные GTO. Эти устройства, фактически, являются усовершенствованными GTO, которые совместили внедрение  концепции стандартного модульного оборудования (PEBB) и уменьшение потребления мощности цепями затворов, а также обеспечение быстрой коммутации. Основным является обеспечение быстрого выключения, которое по существу означает быструю передачу тока от катода к затвору верхнего транзистора. Эти требования были реализованы различными путями в усовершенствованных GTO-приборах. Последние включают MOS-тиристор с возможностью управления моментом выключения (MTO), в тиристоре с управляемым эмиттером (ETO), и в интегрированном тиристоре с управляемым затвором  (IGCT), краткое описание которого приведено ниже.
                                               а                                             b
Рис. 11. Процессы включения и выключения GTO-тиристора: a- включение и b- выключение.

8. MOS ТИРИСТОР С ВОЗМОЖНОСТЬЮ УПРАВЛЕНИЯ МОМЕНТОМ ВЫКЛЮЧЕНИЯ (MTO)

Компания SPCO разработала MTO-тиристор, который является комбинацией GTO и MOSFET, в данном тиристоре преодолены ограничения GTO относительно мощности затвора, демпфирующих цепей и ограничений  по du/dt. В отличие от IGBT (Раздел  №12), МОS структура не распространяется по полной поверхности прибора, а вместо этого элементарныеMOSFET расположены  вокруг GTO, чтобы устранить потребность GTO в больших импульсах тока выключения. По существу в устройстве сохранена структура GTO для использования ее преимуществ: большого напряжения (до 10кВ), большого тока (до 4000 A) и более низких потерь проводимости, чем в IGBT.  С помощью MOSFET и плотной сборки, удается минимизировать паразитные  индуктивности в цепи катод- затвор, MTO становятся существенно более эффективными, чем обычные GTO, т.к. в них требуется значительно меньшие мощности цепи управления, несмотря на уменьшение времени зарядки при выключении, что обеспечивает улучшение эксплуатационных характеристик и уменьшение системных затрат. Как и  прежде для GTO, необходимо двустороннее охлаждение, что позволяет выполнить технологическую сборку устройства более компактной для эффективного теплоотвода как от GTO.
На Рис.12 изображено условное обозначение, структурная и эквивалентная схемы MTO; на Рис.13 представлена его фотография. MTO представляет собой четырехслойное устройство с двумя затворами, один из которых управляет моментами включения, а другой выключения. У обоих затворов электроды непосредственно соединены с р слоями. Аналогично GTO,включение тиристора обеспечивается импульсом тока включения в течение 5-10мксек, который составляет 0,1 от номинального тока и последующим небольшим поддерживающим током. Импульс включения подается на верхний npn транзистор, который в свою очередь включает  нижний pnp, что приводит к устойчивому включению.
Выключение устройства выполняется посредствам приложения импульса напряжения приблизительно 15В к затворам  MOSFET, и, таким образом, е включенным транзисторам, чтозакорачивает контур между эмиттером и базой npn транзистора, что обеспечивает переход в  запертое состояние. В отличие от выше представленных рассуждений, выключение обычного GTO осуществляется переводом тока из контура  эмиттер — база верхнего npn транзистора большим импульсом отрицательной полярности, для предотвращения регенеративного процесса (проводимости). В  новом приборе одинаково важным является то, что его выключение  может быть произведено намного быстрее, (1-2 мксек вместо 20-30 мксек), и потери, связанные свременем зарядки будут почти устранены. Это также означает большое значение  du/dt,  меньшую емкость и устранение активного сопротивления демпфирующих цепей.
Малое время выключения также означает, что включение  в цепь MTO последовательно может осуществляться  без подбора характеристик приборов, так как фактически выключение всех приборов осуществляется одновременно, и каждый прибор пропускает свою долю тока. Так как MOSFET по существу включены параллельно катоду затвора GTO, то для быстрого выключения необходимы MOSFET с очень малым падением напряжения в прямом направлении. MOSFET являются маленькими, недорогими и производимыми в больших количествах приборами. Быстрое выключение MTO и других усовершенствованных типов GTO может по существу преодолеть недостатки GTO по сравнению с IGBT в отношении защиты от сверхтоков,  что будет показано в Разделе №11 на примере  IGBT.
Необходимо отметить, что продолжительная часть характеристики выключения, показанная в  конце процесса выключения  на Рис.11 является реальной и  характерной для применяемых в настоящее время приборов;  следующее включение прибора произойдет только после того, как остаточный заряд на стороне анода  рассеется  в результате процесса рекомбинации.  Это также применяется в других усовершенствованных тиристорных устройствах, описанных ниже,  кроме MCT. Однако, было бы более выгодно, если бы на анодной стороне имелся другой затвор, что позволило бы ускорить рассеяние заряда в анодной области. Такое устройство позволило бы значительно улучшить характеристики полупроводниковых приборов большой мощности. Данный подход был предложен SPCO, которая также предлагает монолитную конструкцию устройства,  в которой MOSFET- транзисторы внедрены в p слои GTO.
Рис.12. MOS-тиристор с возможностью управления моментом выключения (MTO) : a- условное обозначение MTO, b- структура MTO, c- эквивалентная схема MTO и d- уточненная эквивалентная схема MTO.
Рис.13. MOS-тиристор с управляемым затвором диаметром 50 мм (MTO ™), выполненный на номинальные характеристики 4,5кВ и 500 A. Полностью собранный прибор показан со снятой крышкой. Внутри прибора установлен  GTO- тиристор, такой же, как на рисунке П2.10, но окружности которого расположены низковольтные MOSFET транзисторы для затвора выключения. Это кольцо частично разрезано, чтобы показать MOSFET. Затвор включения — стандартный для GTO. (С разрешения Корпорации энергетических кремниевых устройств  (SРCO). MTO  —  это торговая марка SPCO.)

9. ЗАПИРАЕМЫЙ  ТИРИСТОР С УПРАВЛЯЕМЫМ ЭМИТТЕРОМ (ETO)

Подобно MTO, ETO представляет собой другую эксплуатационную разновидность устройства, сочетающего в себе свойства тиристора и транзистора, то есть, GTO и MOSFET.  ETO был изобретен в Центре энергетической электроники в Виржинии при сотрудничестве с SPCO. Условное обозначение ETO и его эквивалентная схема представлены на Рис.14. Как показано на рисунке, MOSFET T1 (N) соединен последовательно c GTO, а  второй MOSFET T2 (P) соединен между этим MOSFET и затвором GTO. Фактически T1 состоит из нескольких N-MOSFET транзисторов, а T2  из несколько P- MOSFET, установленных вокруг GTO, с целью уменьшения индуктивности между транзисторами и катодным затвором GTO. N- и P-транзисторы и GTO являются устройствами массового производства.
Прибор ETO имеет два затвора: один затвор является затвором GTO и  используется для включения, а другой — затвором последовательного MOSFET и используется для выключения. Когда на N- MOSFET  транзистор подается выключающий сигнал напряжения, он выключается и передает весь ток от катода (n эмиттера верхнего npn транзистора GTO) к базе  через MOSFET T2, предотвращая, таким образом, регенеративное запирающее состояние и обеспечивая быстрое выключение. Важно заметить, что к MOSFET- транзисторам не прикладывается высокое напряжение, вне зависимости от того, насколько высоким является напряжение ETO. T2 соединен с его затвором, закороченным его стоком, и, следовательно,  напряжение на нем будет чуть выше, чем пороговое напряжение, и максимальное напряжение на T1 не может превышать напряжения T2.
        Преимущество последовательных MOSFET состоит в том, что передача тока от катода является полной и быстрой, обеспечивая тем самым одновременное выключение всех индивидуальных катодов. Недостатком последовательных MOSFET транзисторов является  то, что они должны пропускать полный ток GTO, что приводит к увеличению полного падения напряжения и соответствующих потерь. Однако, так как  эти MOSFET-транзисторы являются  низковольтными устройствами, добавочное падение напряжения невелико (примерно 0,3-0,5В), хотя им нельзя пренебрегать.
Таким образом, ETO это по существу GTO, который с помощью вспомогательных MOSFET увеличивает скорость коммутаций GTO и, соответственно, уменьшает потери, что приводит к значительному удешевлению  цепей управления затвором и демпфирующих цепей, что является большим недостатком  мощных высоковольтных  GTO.
Необходимо отметить, что продолжительная часть характеристики выключения, показанная в  конце процесса выключения  на Рис.11, является реальной и  характерной для применяемых в настоящее время приборов;  следующее включение прибора произойдет только после того, как остаточный заряд на стороне анода  рассеется  в результате процесса рекомбинации.
Рис.14.  Тиристор с управляемым эмиттером (ETO): а — условное обозначение ETO и b- эквивалентная схема ETO.

10. ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ТИРИСТОР С УПРАВЛЯЕМЫМ ЗАТВОРОМ (GCT и IGCT)
Тиристор с управляемым затвором  (GCT) является  интенсивно коммутируемым GTO,  выключение которого осуществляется с помощью очень короткого и большого импульса тока, величина которого равна полному номинальному току, при этом осуществляется распространение всего тока от катода к затвору за 1 мсек, для обеспечения быстрого выключения. Структура и эквивалентная схема GCT является такой же, как и GTO, показанного на Рис.9. IGCT — это прибор с  дополнительными свойствам GCT, включая многослойную печатную цепь затвора, поставляемую в комплекте с основным прибором,  который  также может включать в себя обратный диод, структура IGCT  показана на Рис.15, а  фотография — на Рис.16.
Для того чтобы применять быстро растущий и большой ток затвора, в конструкции GCT (IGCT) предприняты  специальные меры для того, чтобы уменьшить индуктивность цепей затвора (контур, состоящий из  цепей управления затвором – затвора — катода) до минимального значения, что также требуется и для MTO и ETO. Основным существенным отличием GCT (IGCT) является быстродействие управляющих цепей затвора, что обеспечивается коаксиальной передачей тока на катодный затвор и многослойными цепями управления  затвором, которые дают возможность возрастать току затвора со скоростью  4 кА/мксек при  напряжении затвор — катод 20 В. За 1 мксек осуществляется полное включение верхнего транзистора GTO, а нижний pnp транзистор остается с открытой базой  выключения. Так как импульс тока является кратковременным, энергия  цепей управления затвора значительно уменьшена. Также,  дляизбежания  перерегулирования затвора, расход энергии цепей управления минимизирован. Потребление энергии  цепями затвора  уменьшено в 5 раз  по сравнению с обычным GTO.  Как и в обычном GTO,  MTO и ETO, буферный слой находится на анодной стороне n-слоя, который уменьшает обычные потери  проводимости и делает устройство асимметричным.
Анодный р-слой выполняется тонким с небольшим количеством примесей, что обеспечивает  более быстрое перемещение зарядов с анодной стороны  в процессе выключения. В структуру IGCT может также входить обратный диод, который представлен n⁺n^—p переходом, находящимся в правой части структурной схемы Рис.15. Как ранее упоминалось, обратный диод необходим в преобразователях, выполненных на базе источника напряжения. Буферный n слой  выравнивает напряжение n^— слоя, толщина n^— слоя уменьшена на  40 %, для того чтобы обеспечивать  конструктивное введение диода с падением напряжением в прямом направление в режиме проводимости, сопоставимым с внешне подключенным диодом.  Естественно, объединение диодов означает соответствующее распределение кремниевой активной поверхности, которая в свою очередь уменьшает область для GTO на данной пластине.
Как следует из описания MTO, ETO и GCT, основные возможности GTO обусловлены  вытеснением тока между катодом и базой верхнего транзистора настолько быстро, насколько это возможно. Уменьшенная величина индуктивности  цепей затвора и катодного контура является свойством всех усовершенствованных типов GTO, описание которых приведено выше и также применяется в обычных GTO. Для всех них характерно  большое значение dv/dt, однородный и кратковременный ток выключения, что способствует увеличению отключаемого тока до максимально возможного. Это, в свою очередь приводит к уменьшению емкости демпфирующих цепей без резистора, что способствует более простому последовательному соединению GTO, и включению с низкими затратами энергии, такими же как и в обычном GTO. В соответствии с  изложенным в Разделе №2, эти приборы и MCT (описанный ниже)  по существу  представляют главное в  концепции стандартного модульного оборудования (PEBB). Объединение  цепей управления обеспечивает главное преимущество усовершенствованных GTO, которые заменят обычные GTO, по крайней мере при применении в таких устройствах, характеристики которых должны быть значительно улучшены, например, —  в устройствах  FACTS.
Такое усовершенствование идеологии GTO представляет собой основное достижение, основанное  на применении концепции PEBB, благодаря которой исключены паразитные индуктивности и емкости    цепей управления  и шинных соединений, которые имеют значительное влияние на величину полных потерь, демпфирующих цепей и всего вспомогательного оборудования.
Рис.15.  Структура IGCT  с управляемым затвором и обратным диодом.
Рис.16.  Интегрированный тиристор с управляемым затвором (IGCT), который состоит из тиристорного устройства с коммутируемым затвором (GCT)  и  цепей затвора с малой индуктивностью. На рисунке показаны также две подложки различной конструкции.  Нижняя  пластина является новой разработкой GTO, а верхняя подложка характерна для GTO с обратным диодом, который является частью устройства.

11. БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР С ИЗОЛИРОВАННЫМ ЗАТВОРОМ (IGBT).

Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) является современным энергетическим транзистором.  Он работает  как транзистор, и предназначен для эксплуатации при больших напряжениях и токах, а также характеризуется небольшим падением напряжения  в состоянии проводимости.
IGBT — это прибор, который отчасти является тиристором, но разработан таким образом, что он не переходит  в состояние полной проводимости  (что эквивалентно падению напряжения на одном переходе), вместо этого IGBT в отпертом состоянии работает как транзистор. Кроме этого, прибор имеет интегрированную МОS структуру с изолированным затвором, подобно МОSFET. Поперечный разрез его структуры и эквивалентная схема показаны на Рис.17. Подобно тиристорам и GTO, прибор имеет двух — транзисторную структуру. Но включение и выключение осуществляется структурой MOSFET через ее npn транзистор, вместо np эммитерного затвора верхнего npn транзистора. При включении осуществляется протекание тока через базу к  эмиттеру npn транзистора, как в тиристоре, однако его недостаточно для образования лавины, которая способствовало бы к переходу в состояние полной проводимости.  Как показано на Рис.17, соединение база – эмиттер шунтировано активным сопротивлением, которое встроено в структуру устройства. Через это сопротивление протекает часть катодного тока.
На представленной структуре прибора  верхний  n⁺  слой MOS является источником  n- носителей заряда, p-слой является базой, n^—-слой является дрейфовой областью, нижний p⁺ -буферный слой, и наконец p⁺ — слой является подложкой.  Подобно МОSFET, для включения прибора необходимо наличие положительной полярности затвора относительно эмиттера, тогда осуществляется движение n носителей заряда в p канал около области затвора, которые прямо смещаются к базе npn-транзистора, который таким образом включается. Включение IGBT осуществляется только приложением положительного напряжения к базе, т.е. при открытии канала для n носителей заряда, а выключение при снятии напряжения с базы, т.е для закрытияканала, что приводит  к очень простому контуру управления.  В принципе, это может быть достигнуто и в MTOS и ETOS, если бы МОSFET были также добавлены и для включения.
Учитывая комплексную технологию МОS  на полной поверхности устройства, IGBT  выполняются размером приблизительно 1 см².  Для создания  устройств большой мощности используется параллельное соединение нескольких  IGBT,  объединенных общим корпусом,  имеющих вид  одиночного устройства.
Преимуществом IGBT является быстрое включение и выключение, так как оно аналогично прибору с основными носителями заряда (электронами).  Поэтому оно может использоваться в преобразователях широтно-импульсной модуляции (PWM), работающих на высокой частоте. С другой стороны, будучи транзисторным устройством,   IGBT характеризуется большим падением напряжения в прямом направлении по сравнению с приборами тиристорного типа, таких как GTO. Однако IGBT является основным прибором, используемым  в промышленных целях, и достиг необходимых параметров для применения в устройствах с  номинальной мощностью 10 МВт  или более.
Транзисторные приборы, такие как MOSFET и IGBT, потенциально имеют возможность ограничивать  предельный ток путем управления напряжением затвора. В случае такоготокоограничения, потери в устройстве очень высоки, и  при использовании устройства в системах большой мощности токоограничивающее воздействие может осуществляться только в течение очень коротких периодов, т.е.  нескольких микросекунд. Однако, этого времени может быть достаточно для срабатывания других систем защиты для безопасного выключения устройств. Эта особенность чрезвычайно важна в преобразователях, выполненных на базе источников напряжения, в которых возрастание тока замыкания до больших значений осуществляется очень быстро из-за наличия мощного конденсатора постоянного тока в преобразователе. С другой стороны, при быстродействующем управлении, сочетающемся с возможностью быстрого выключения в усовершенствованных GTO, эффективное гашение тока может быть достигнуто в пределах 2-3 микросекунд. Этот метод также позволяет избежать в этих приборах мощного выделения энергии и в состоянии уменьшить его используемую мощность. Время выключения обычного GTO, как правило, слишком велико для быстродействующего защитного отключения. В сетях малой мощности устройства IGBT постепенно заменяет обычные GTO, по мере того, как параметры приборов, состоящих из параллельно соединенных IGBT, повышаются.  Это происходит потому, что обычные GTO имеют ряд серьезных недостатков, а именно большое энергопотребление цепей затвора, медленную коммутацию и высокие коммутационные потери. Развитие GTO в MTO, ETO и IGCT/GCT показало, что они являются результатом разрешения предыдущих не устраненных проблем, связанных с построением цепей затвора и паразитными индуктивностями  в контуре затвор — катод.
IGBT имеет ряд собственных ограничений, включая: большое падение напряжения в прямом направлении, сложности с обеспечением двустороннего охлаждения, свойствами множественных MOS, размещенных на пластинах, что ограничивает возможности  увеличения запираемого напряжения. Для производства IGBT необходимы  более чистые производственные помещения.
Главными преимуществами IGBT, используемыми в устройствах большой мощности, являются небольшие коммутационные потери, быстрая коммутация и возможностьтокоограничения. Однако, с усовершенствованными GTO и MCT (рассматриватся в следующем разделе), существует перспектива их использования в разнообразных устройствах  FACTS.
С другой стороны, будущий результат часто зависит от конъюнктуры рынка и объема продаж, что в свою очередь, способствует увеличению производства IGBT для систем большой мощности.
Рис.17. Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT): a — условное обозначение IGBT, b —  эквивалентная схема IGBT и c- структура IGBT.

12. ТИРИСТОР, УПРАВЛЯЕМЫЙ МОS-СТРУКТУРОЙ   (MCT)

Управляемый МОS-структурой  тиристор (MCT) содержит структуры, аналогичные MOSFET, в обоих устройствах включения и выключения.
На Рис.18 показан MCT n-типа.  Эквивалентная схема для n-MCT,  предназначенная для включения, состоит из n-типа  МОSFET (обозначенного как n-FET), включенного вдоль катодной стороны npn транзистора, аналогично IGBT. Другой  р-тип МОSFET (обозначенный как p-FET) включен вдоль катода затвора с катодной стороны npn транзистора и предназначен для выключения, аналогично MTO.
Включение n-FET происходит при приложении положительного напряжения к затвору относительно катода, при этом осуществляется протекание тока от анода к базе нижнего npnтранзистора, который включается и приводит к устойчивому включению тиристора. Как показано, то же самое напряжение затвора подается на базу p-FET, который гарантирует, что p-FETне участвует в операциях.
Когда напряжение затвора станет отрицательным, произойдет выключение n-FET и включение р-FET. Таким образом, р-FET шунтирует катод затвора, обеспечивая запирание тиристора.
МОS  структура распространена по всей поверхности прибора, обеспечивая быстрое включение и выключение с маленькими коммутационными потерями. Мощность/энергия, требуемая для включения и  выключения прибора  мала, так же как и время запаздывания (время зарядки). Кроме того, так как прибор является запираемым, он характеризуется незначительным падением напряжения во включенном состоянии, так же как тиристор. Процесс его производства по существу такой же, как и IGBT.
Основное преимущество  MCT, по сравнению с другими запираемыми тиристорами, состоит в том, что в данном случае распределенные затворы МОS для включения и выключения расположены очень близко к распределенным катодам, что способствует  быстрой коммутации и небольшим коммутационным потерям в тиристорном приборе. Поэтому MCT представляет почти полностью выключаемый тиристор с небольшими коммутационными потерями и потерями проводимости, а также является быстрым коммутационным прибором, необходимым для мощных усовершенствованных преобразователей с возможностью использования в  активных фильтрах.
Рис.18.  Тиристор, управляемый МОS-структурой  (MCT): (a) условное обозначение MCT, (b) эквивалентная схема MCT и (c) структура MCT.
Обновлено: 11.05.2017 19:41
Системы управления преобразователями на тиристорах
Страница 11 из 14
Основные требования к системам управления тиристорами.
Управляемый кремниевый вентиль — тиристор включается, если анод имеет более высокий потенциал, чем катод, на управляющий электрод подан импульс напряжения положительной полярности и замкнута цепь нагрузки*. Надежное включение тиристоров в схемах преобразователей переменного тока происходит в том случае, если ток и напряжение управления соответствуют входным характеристикам применяемых вентилей.
*Здесь имеется в виду триодный тиристор.
Открывание тиристоров в многофазных управляемых схемах выпрямления, например в трехфазной нулевой схеме по рис. 24при непрерывном токе нагрузки происходит 1 раз в каждый положительный полупериод анодного напряжения. Изменением фазы переднего фронта управляющего импульса относительно переменного анодного напряжения можно осуществить регулирование выходного напряжения преобразователя.
Система управления (СУ) тиристорным преобразователем (ТП) должна выполнять следующие задачи:
создавать синхронизированную с напряжением питающей сети т -фазную систему импульсов управления, каждый из которых способен включить любой тиристор, применяемый в ТП;
позволять сдвигать по фазе импульсы управления относительно анодного напряжения тиристоров.
Для управления тиристорами применяют различные системы, требования к которым определяются спецификой схем преобразовательных установок и общими свойствами тиристоров.
Требования, определяемые свойствами тиристоров:
Для надежного открывания тиристоров, применяемых в силовых преобразователях, с различными сопротивлениями управляющего перехода необходимо обеспечить такие значения тока управления и напряжения на управляющем электроде, которые соответствуют гарантированному включению тиристора с учетом максимальной мощности, выделяемой на управляющем электроде.
Так как сопротивление перехода УЭ—К обычно составляет 2&-40 Ом для тиристоров на /пр = 100^300 А, то напряжение на выходе устройства управления должно быть не более 8—12 В. Это свойство тиристоров позволяет применять дпя систем управления маломощные полупроводниковые элементы (транзисторы, диоды и др.), малогабаритные резисторы и конденсаторы, а также интегральные полупроводниковые микросхемы, содержащие большое число активных элементов (транзисторов, диодов, стабилитронов) и пассивных элементов (резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности).
Недопустимо подавать на управляющий электрод тиристоров отрицательное напряжение более 0,5—1 В. Наличие отрицательного напряжения на УЭ в обратную полуволну анодного напряжения может привести к увеличению /обр тиристора и выходу его из строя.
Для четкого отпирания тиристоров и надежной работы преобразователя во всех режимах необходимы импульсы отпирающего тока с крутым передним фронтом длительностью около 1 мкс и продолжительностью (шириной) около 10-15° для обеспечения нарастания тока через тиристор до значения тока удержания.
Для управления тиристорами предпочтительным является применение «узких» отпирающих импульсов для ограничения потерь мощности на управляющем переходе вентиля, а также для уменьшения объема и массы импульсных трансформаторов системы управления.
Кроме требований, определяемых общими свойствами тиристоров, от систем управления требуется:
обеспечение относительной симметрии управляющих импульсов, подаваемых на тиристоры различных фаз ТП, с точностью 1—2° во всем диапазоне фазового управления для предотвращения неравномерной загрузки фаз преобразователя током;
обеспечение необходимого диапазона изменения угла управления а для регулирования напряжения на нагрузке от нуля до максимального значения. Это требование определяет диапазон изменения фазы отпирающих импульсов при непрерывном токе в нагрузке в пределах 0-90° для нереверсивных преобразователей и 0—160-165° для реверсивных.
Основные узлы систем управления.
В настоящее время разработано большое количество систем управления тиристорами, число которых непрерывно возрастает. Это обусловлено широким развитием силовой полупроводниковой техники и постоянным расширением областей ее применения.
Современные системы управления тиристорными преобразователями выполняются на основе полупроводниковых и магнитных элементов. С развитием микроэлектроники широкое применение в СУ находят различные типы гибридных и интегральных полупроводниковых схем. В качестве магнитных элементов преимущественно используются импульсные трансформаторы, применяемые для развязки цепей системы управления и силовой части выпрямителя.
Замена отдельных полупроводниковых элементов (транзисторов, диодов, стабилитронов и др.) интегральными схемами (ИС) позволяет получить существенный технико-экономический эффект: улучшить технические характеристики и повысить надежность тиристорных преобразователей, унифицировать отдельные функциональные узлы, уменьшить массу и габариты СУ.
По способу обработки сигналов ИС делятся на аналоговые, в которых входной и выходной сигналы связаны непрерывной функцией, и цифровые, в которых входной и выходной сигналы являются дискретными величинами.
По используемым методам управления ТП можно выделить группу СУ с импульсно-фазовым управлением. В этих системах осуществляется сдвиг управляющих импульсов по фазе относительно напряжения питания тиристоров. Как правило, такие системы состоят из следующих основных узлов: входного устройства (ВУ), фазосдвигающего устройства (ФУ), формирователя отпирающих импульсов (ФИ) и оконечного (выходного) узла каналов управления.
Входные устройства предназначаются для формирования различной формы напряжений, синхронизированных с переменным напряжением 1/2ф. подаваемым на тиристоры. Относительно системы напряжений ВУ производится формирование отпирающих импульсов и распределение их по каналам управления тиристорами соответственно подключению их к фазам силового трансформатора.
Наиболее распространенным входным устройством является многообмоточный трансформатор. На рис. 38,з изображена схема ВУ, которая часто используется в системах управления трехфазными выпрямителями. При трехканальной системе управления такими выпрямителями на тиристоры, подключенные к одной фазе силового трансформатора, должны поступать отпирающие импульсы, сдвинутые относительно друг друга на угол 120°. Входное устройство представляет собой небольшой мощности трансформатор, на первичные обмотки которого подается трехфазное напряжение сети, питающей выпрямитель. Каждая из вторичных обмоток ВУ выполнена из двух полуобмоток, которые можно соединять в звезду или зигзаг, что позволяет снимать с них трехфазную систему напряжений, сдвинутых в сторону опережений или отставания относительно соответствующих первичных напряжений (рис. 38,г) на углы 30, 90 и 120° (рис. 38,в), и облегчает начальную фазировку СУ.

Рис. 38. Схемы входных устройств на трансформаторах: а — для трехфазных и 6 — шестифазных выпрямителей, в—д — векторные диаграммы напряжений на обмотках
Дпя управления тиристорами шестифазного выпрямителя с нулевой точкой СУ должна формировать отпирающие импульсы, сдвинутые один относительно другого на угол 60°. В этом случае вторичные полуобмотки трансформатора ВУ следует соединить по схеме, представленной на рис. 38,6. При этом получается шестифазная система вторичных напряжений, векторная диаграмма которых изображена на рис. 38,д. Напряжение с каждой полуобмотки поступает на вход соответствующего канала управления, в котором происходит формирование отпирающих импульсов. Изменением схемы включения первичных обмоток трансформатора ВУ можно получить желаемое расположение выходного напряжения по отношению к анодному напряжению тиристора.
Во многих ВУ используется выходное напряжение пилообразной формы, которое можно получить различными способами.

Рис. 39. Схемы полупроводниковых входных устройств: а — диодный и в — транзисторный генераторы пилообразных напряжений; б иг— временное диаграммы напряжений на элементах
В настоящее время наибольшее применение нашел способ формирования пилообразного напряжения путем заряда конденсатора через резистор от источника постоянного напряжения и последующего быстрого его разряда. На рис. 39,а показана принципиальная схема такого ВУ, выполненного на диодах. В положительный полупериод синусоидального напряжения ивх, снимаемого со вторичной обмотки трансформатора Т, когда точка а имеет положительный потенциал по отношению к точке Ь, диод V2 закрыт и под действием постоянного напряжения Un конденсатор С будет заряжаться по цепи +Un, С, R1. — Un. Напряжение Un выбирается больше амплитудного значения ивх, а параметры R1 и С — такими, чтобы за время одного полупериода напряжения ивх напряжение ис достигало значения, значительно меньшего Un. Поэтому заряд конденсатора С будет происходить практически по линейному закону (рис. 39,6).
В момент времени 11 напряжение на конденсаторе будет равно напряжению ивх (в точке А), при этом образуется дополнительная цепь для протекания тока от источника’ постоянного напряжения: +U„, вторичная обмотка Т, VI, R2, R1, — Un. Конденсатор С начнет разряжаться, при этом напряжение ис будет практически изменяться так же, как и ивх на участке АБ. В момент t2 напряжение ивх изменит знак и диод V2 откроется. По цепи VI, R2, V2, вторичная обмотка убудет протекать ток под действием напряжения ивх. Напряжение на конденсаторе С в этом полупериоде равно прямому падению напряжения на диоде V2. т.е. можно считать, что ис « о. В момент Г3 напряжение ивх снова изменит свой знак, диод V2 закроется, конденсатор С начнет заряжаться. Рассмотренные процессы периодически повторяются.
В результате на выходе ВУ формируется периодически изменяющееся напряжение пилообразной формы Uвых = ис с длительностью рабочего участка OA практически не более 160°, синхронизированное с входным напряжением ивх. Это напряжение может быть использовано для формирования отпирающих импульсов, синхронизированных с анодным напряжением тиристоров.
В следующий положительный полупериод ивх транзистор снова закрывается и т.д. Форма пилообразного напряжения в этой схеме показана на рис. З8.г, при этом длительность рабочего участка OA = 180°.
Фазосдвигающие устройства (ФСУ) используются в СУ выпрямителями для регулирования фазы отпирающих импульсов. Последовательность процессов получения импульсов и сдвига их по фазе в реальных ФСУ бывает различной. В электромагнитных системах управления переменное напряжение сначала может сдвигаться по фазе или изменяться по форме, а затем происходит формирование из этого напряжения управляющего импульса.
В полупроводниковых СУ, которые в настоящее время считаются наиболее перспективными, формирование управляющего импульса происходит в момент равенства переменного напряжения (синусоидального, треугольного или пилообразного) и наложенного на него постоянного напряжения 1/у, поступающего от устройств управления.
Изменяя значение Uy (сравнивая его по «в е р т и к а л и» с переменным напряжением), можно осуществлять сдвиг импульсов управления по фазе в широком диапазоне и обеспечивать регулирование выпрямленного напряжения в пределах от 0 до ±Udmax.

Рис. 40. Формирование отпирающих импульсов на принципе вертикально-фазового управления: а — функциональная схема; б — диаграммы напряжений и выходных импульсов
На рис. 40,а приведена функциональная схема одного канала такой, системы, в которую входят ФСУ и ФИ. Фазосдвигающее устройство, в свою очередь, содержит генератор опорного напряжения ГОН, синхронизируемый синусоидальным напряжением ивх, и нуль-орган НО. На вход нуль-органа кроме опорного напряжения иоп, в Данном случае имеющего полиообразную форму, подается также внешнее напряжение управления иу. В момент равенства опорного напряжения уОП и напряжения управления Uy нуль- орган переключается, и в этот же момент времени ФИ выдает управляющий импульс Uвых (рис. 40,6). При изменении значения Uy изменяется фаза выходного импульса относительно начала напряжения иоп. Перечисленные элементы ФСУ могут быть выполнены по различным схемам и на разной элементной базе.
Данный принцип может быть реализован и непосредственным сравнением опорного синусоидального напряжения, снимаемого со вторичных обмоток входного трансформатора, с напряжением 1/у. Изменяя схему включения первичных обмоток трансформатора, можно получить желаемое расположение кривой опорного напряжения иоп по отношению к анодному напряжению тиристора. Недостатком таких ФСУ является сужение диапазона фазового сдвига Uвых (угол регулирования 0 < а < < 150°), так как при малых и больших углах а затрудняются условия фиксации момента равенства напряжений иоп и Uy.
В качестве н у л ь-о р г а н а чаще всего используют: схемы на одном или двух транзисторах, работающих в ключевом режиме; блокинг-генератор, работающий в ждущем режиме; схемы на операционных усилителях и др. На рис. 41,а приведена схема нуль-органа на одном транзисторе. Пока напряжение управления С/у остается больше опорного напряжения иоп, транзистор 1/7″ закрыт, так как база имеет положительный потенциал по отношению к эммитеру. В этом случае напряжение на резисторе R2 будет равно нулю, так же как и напряжение Uвых. Когда же напряжение иоп станет чуть больше (Уу (практически при иоп = С/у), транзистор откроется и все напряжение UH будет приложено к /72. Конденсатор С начнет заряжаться по цепи +UK. VT, С, R3, R4, -UK. и через короткий промежуток времени напряжение на нем станет равным напряжению на резисторе R2. В этот момент ток через резистор R4 прекратится.
Таким образом, при открывании транзистора 1/7″ на резисторе R4 формируется кратковременный импульс напряжения, который является выходным напряжением 1/ВЫх нуль-органа.

Рис. 41. Схемы нуль-органов ФСУ:
а — на одном транзисторе; б — на операционном усилителе
При закрывании транзистора конденсатор С разряжается по цепи R2, VD и напряжение на резисторе R4 остается практически равным нулю.
В качестве сравнивающего узла нуль-органа можно использовать схему на операционном усилителе (рис. 41,6). Операционный усилитель (ОУ) представляет собой усилитель постоянного тока, выполненный на интегральной микросхеме, имеющей два входа и один выход, не считая выводов для подключения источников питания. Важным достоинством ОУ по сравнению с обычными транзисторными схемами усилителей является то, что входные токи ОУ очень малы (10~s—10~9 А), а коэффициент усиления наиболее распространенных в настоящее время ОУ составляет 104—10s. Применение ОУ в различных схемах основано на введении обратных связей (между выходом и входом), которые обеспечивают различные функциональные свойства и необходимый коэффициент усиления схемы [2].
В схеме нуль-органа на рис. 41,6 собственно ОУ усиливает разность напряжений Uy — t/on 0,001 В с большим коэффициентом усиления до максимального значения выходного напряжения £/Вых» которое снимается с резистора R4 и далее преобразуется в кратковременный импульс напряжения Uвых но, как и в предыдущей схеме.
Формирователь импульсов. Нуль-орган ФСУ имеет выходной сигнал малой мощности и произвольной формы. Поэтому получение отпирающих импульсов требуемой формы и длительности, гальванической развязки СУ с силовой цепью преобразователя, усиление импульсов и размножение их при групповом соединении тиристоров обычно осуществляются одним узлом, который именуется формирователем импульсов (ФИ). В зависимости от применяемого активного элемента формирователи импульсов подразделяются на транзисторные, тиристорные и оп- тронные.
На рис. 42,а приведена схема транзисторного ФИ. При подаче с выхода нуль-органа импульса напряжения иВЬ(Х но на базу транзистора VT он открывается и через первичную обмотку трансформатора ТИ протекает кратковременный импульс тока. Со вторичной обмотки трансформатора усиленный короткий импульс тока /у и поступает на управляющий электрод тиристора VC. При параллельном или последовательном соединении тиристоров ТИ может иметь несколько выходных обмоток. Резистор RK ограничивает коллекторный ток во время насыщения трансформатора. Диод VD1 защищает транзистор от перенапряжений при его выключении. Диод VD2 не пропускает на управляющий электрод тиристора VC отрицательные импульсы. Вследствие высокого быстродействия транзисторов ФИ на их основе целесообразно применять для управления высокочастотными тиристорами серии ТЧ.
Для управления мощными тиристорами широкое применение нашли ФИ на маломощных тиристорах с малыми токами управления (рис. 42,6). В исходном состоянии конденсатор С заряжается по цепи: задающее напряжение U3, С, VD2. При подаче с выхода нуль-органа импульса напряжения U выхно открывается вспомогательный тиристор VC1 и конденсатор С разряжается по цепи: С, первичная обмотка трансформатора ТИ, VC1, R2, С. Параметры этой цепи выбирают так, чтобы по первичной обмотке протекал кратковременный импульс тока, а на вторичной обмотке индуктировался узкий импульс тока /уи с крутым передним фронтом.
В процессе коммутации тиристорами импульсов тока большой амплитуды в разрядных цепях возникает высокий уровень помех. Эти помехи распространяются как по соединительным проводам, так и через эфир. При наличии в схеме преобразователя большого количества тиристоров, коммутация которых разнесена во времени, включение одного прибора может привести к включению и других.
Использование трансформаторов для гальванической развязки СУ и силовой части преобразователя имеет некоторые недостатки. Основным из них является наличие паразитных (электромагнитных и емкостных) связей между первичной и вторичной обмотками, затрудняющих обеспечение помехозащищенности узлов СУ.

Рис. 42. Схемы формирователей импульсов: а — транзисторный; б — тиристорный
Более перспективными элементами для обеспечения гальванической развязки в цепях преобразователя и повышения помехозащищенности является применение схем ФИ с оптоэлектронными приборами. В качестве управлямого элемента — приемника света в таких ФИ используются диодные, транзисторные и тиристорные оптопары.
На рис. 43 представлена одна из типовых оптоэлектронных тиристорных схем, используемых в качестве оконечного узла ФИ. Для коммутации силового тиристора VC1 в схеме используется тиристорная оптопара Опт. При подаче импульса управляющего напряжения ивх светодиод VD излучает световой поток, который включает оптронный тиристор VC2. По цепи ~UC. R4, VC2, R3, УЭ- К. ~UC проходит импульс тока/у >т, который открывает силовой тиристор VC1. Такая схема ФИ обеспечивает полную развязку цепей управления и нагрузки выпрямителя, а также помехозащищенность схемы в закрытом состоянии. Это обусловлено тем, что светодиод имеет собственный порог срабатывания.
Система импульсно-фазового управления. В качестве примера рассмотрим схему формирования управляющих импульсов (СИФУ) реверсивных тиристорных преобразователей серии ЭТ6Р, представленную на рис. 44,э для одного канала. Система работает по вертикальному принципу с синусоидальным опорным напряжением и состоит из шести идентичных каналов, каждый из которых формирует импульсы управления катодной и анодной групп тиристоров.
Рис. 43. Схема оптронного формирователя импульсов
Канал управления состоит из следующих узлов: генератора опорного напряжения ГОН на трансформаторе 774, нуль-органа НО на операционном усилителе А101 и формирователя импульсов на транзисторах VT102 и I/ТЮЗ. На вход каждого канала подаются из блока питания СУ шесть синусоидальных напряжений, сдвинутых по фазе на 60 относительно друг друга. Отфильтрованное опорное напряжение ооп, амплитуда которого регулируется переменным резистором R101, снимается с конденсатора С101 и в точке 4 суммируется с напряжением управления 1Уу, поступающим через резистор R104 с выхода СУ. Суммарный сигнал иОП ± ± С/у подается на вход А ЮТ. В зависимости от значения и знака напряжения С/у усилитель АЮ1 будет отпираться отрицательной или положительной попуволновой напряжения иоп.
Фазировка системы управления тиристорами.
Для правильной и надежной работы тиристоров в управляемом преобразователе необходимо тщательно сфазировать СУ вентилями, т.е. нужно обеспечить строгую последовательность подачи отпирающих импульсов на тиристоры по отношению к питающему напряжению. Рассмотрим процесс фазировки СУ на примере трехфазной мостовой схемы выпрямления (рис. 45,а), в которой применяется полупроводниковая СУ, обеспечивающая подачу на каждый тиристор двух узких импульсов, сдвинутых по фазе на 60°.
Ранее было отмечено, что в трехфазной мостовой схеме одновременно работают два тиристора, поэтому напряжение Uвых каждой пары блоков входного устройства СИФУ преобразователем синхронизируется с одной из фаз вторичной обмотки трансформатора, к которой подключены два последовательно соединенных вентиля, составляющих одно плечо вентильного моста.

Рис. 44. Система импульсно-фазового управления тиристорным преобразователем серии ЭТ6Р:
а — схема СИФУ; в — диаграмма напряжений на элементах
Проверка фазировки системы управления производится с помощью электронного осциллографа, например типов С1-18Б, С1-19 и других, горизонтальную развертку которого и усиление по вертикали следует отрегулировать так, чтобы на экране укладывалась синусоида напряжения и2 ф (рис. 45,6) в удобном для наблюдения и отсчета начальных углов управления а0 масштабе.
Отрегулировав развертку осциллографа и отключив питание СУ, следует поочередно просмотреть на экране и зарисовать на миллиметровой бумаге кривые фазных напряжений, подаваемых на аноды (катоды) тиристоров у/ — V3 — V5 (V4 — V6 — V2), и отметить на оси времени (рис. 45,в) начала и концы положительных полупериодов напряженийи2а,и2ь и и2с. последовательность фаз которых должна соответствовать принятой в энергосистемах, т.е. А — В — С.

Рис. 45. Фазировка системы управления трехфазной мостовой схемы выпрямления:
а — схема включения тиристоров; 6 — градуировка осциллографа; в — кривые напряжений на тиристорах и расположение отпирающих импульсов при a = 90 °
Затем следует отключить силовой трансформатор и включить питание СУ. Поочередно присоединяя к выходным зажимам ВУ осциллограф, необходимо убедиться в том, что каждая пара отпирающих импульсов на тиристорах катодной VI — V3 — V5 и анодной V4- V6- V2 групп сдвинута на 120° и имеет такой же порядок чередования, как и напряжения и2а, и2ь и и2с на тиристорах V1(V4),V3(V6) и V5(V2).
Далее производят начальную установку отпирающих импульсов со сдвигом на 90° относительно точек а, б, в и к, л, м естественного открывания соответствующих тиристоров. Это достигается подбором соединения первичных я вторичных обмоток входного трансформатора блока ФСУ, вследствие чего происходит сдвиг по фазе пилообразных напряжений ип каналов управления тиристорами.
Сдвиг на 90 начальных импульсов управления каждой пары относительно точек естественного открывания тиристоров соответствует на диаграмме трехфазного напряжения началам положительных полуволн напряжений последующих фаз (моменты tt2, t3, ts . . . на рис. 45,в) для тиристоров V1 — V3—V5 и концам тех же полуволн напряжений (моменты f4, r6, f8 …) для тиристоров V4 — V6 — V2. Точная установка начального значения угла регулирования а„ = 90° для каждого тиристора схемы выпрямления в режиме непрерывного тока производится изменением напряжения смещения исм, подаваемого на вход нуль-органа каждого канала ФСУ (см. рис. 41 ,а).
После проведения фазировки системы управления следует произвести пробное включение преобразователя и регулировку выпрямленного напряжения. Для этого к выходным зажимам выпрямителя необходимо подключить нагрузочный резистор соответствующего сопротивления, вольтметр постоянного тока и электронный осциллограф. Затем подается питание на СУ, силовой трансформатор Т и задающий потенциометр, с которого снимается напряжение Uy для подачи в систему управления.
Плавно изменяя напряжение на входе СУ, следует убедиться в соответствующем изменении напряжения на выходе выпрямителя по вольтметру и с помощью осциллографа просмотреть форму выходного напряжения Ud при различных значения[ углов регулирования а. При правильной работе преобразователя все тиристоры должны быть равномерно загружены током, а напряжение Ud должно иметь форму, соответствующую схеме выпрямления (в качестве примера см. рис. 19,в).
Способ регулирования выходного напряжения управляемого выпрямителя на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем с четным числом секций круговой обмотки
Область использования
Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразователям параметров электрической энергии, и может быть использовано для управления выпрямителями (УВ), построенными на базе трансформаторов с вращающимися магнитными полями (ТВМП).
Уровень техники
Известен способ импульсно-фазового управления выпрямителем на базе ТВМП с четным числом секций круговой обмотки (КО), позволяющий получать N пульсаций выпрямленного напряжения за счет поочередной коммутации ЭДС, присутствующих на диаметрально расположенных отводах КО, где N — четное число секций КО ТВМП [А.И. Черевко, В.А Базанов., М.М. Музыка. Системы управления полупроводниковыми преобразователями, выполненными на базе согласующих трансформаторов с вращающимися магнитными полями, Изд-во АГТУ, г. Архангельск 2005 г., 90 с]. В этом случае период одной пульсации выпрямленного напряжения определяется по формуле:
Регулирование выходного напряжения УВ с ТВМП достигается путем изменения величины ЭДС на сборных шинах выпрямленного напряжения за счет смещения момента коммутации диаметрально расположенных отводов секций КО относительно вектора вращающегося магнитного поля с помощью силовых ключей (СКл) на угол α. При α=0 ЭДС на сборных шинах выпрямителя максимальна, а при α=90° ЭДС на сборных шинах выпрямителя равна нулю. Поэтому момент при α=0 получил название «момента условной естественной коммутации СКл». Как и у классических мостовых схем выпрямления угол α здесь называется «углом управления».
Известный способ управления УВ с ТВМП имеет существенный недостаток, выражающийся в том, что при угле управления α>0 в кривой выпрямленного напряжения появляются разрывы первого рода, из-за чего кривая выпрямленного напряжения значительно искажается, при этом высшие гармоники выпрямленного напряжения увеличиваются, а среднее значение выпрямленного напряжения снижается по мере увеличения угла управления α, практически так же, как и у классических мостовых преобразователей
При этом коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения с ростом угла управления α будет многократно возрастать, что следует из выражения:
кроме того, в выходном напряжении УВ с ТВМП с четным числом секций КО можно получить только N пульсаций выпрямленного напряжения за один период напряжения питающей сети, так как в этом случае СКл подключают на сборные шины только диаметрально расположенные отводы секций КО.
Задача изобретения
Задача изобретения состоит в улучшении качества выпрямленного напряжения за счет уменьшения разрывов первого рода.
Для достижения поставленной задачи предлагается увеличить количество пульсаций в кривой выпрямленного напряжения за счет подключения на сборные шины выпрямителя дополнительных отводов КО, между которыми можно условно провести пары параллельных наибольших хорд.
Раскрытие изобретения
Новый способ регулирования УВ, построенного на базе ТВМП, состоит в том, что:
выпрямленное (выходное) напряжение УВ формируется путем поочередного подключения на сборные шины выпрямителя ЭДС, снимаемых с диаметрально расположенных отводов КО ТВМП, и ЭДС, снимаемых с дополнительных отводов КО, сдвинутых на промежуточный фазовый угол 2π/2N, где N — число секций, между которыми можно условно провести пары параллельных наибольших хорд, при этом в выпрямленном напряжении на большей части диапазона регулирования число пульсаций в кривой выпрямленного напряжения удваивается, а размах пульсаций Δ_mах снижается, что приводит к снижению коэффициента пульсаций по напряжению и, следовательно, к улучшению качества выпрямленного напряжения.
Основные пульсации, формирующиеся на ЭДС первой ступени регулирования, описываемые формулой (2), дополняются пульсациями, описываемыми формулой (3) и формируемыми ЭДС второй ступени регулирования (фиг. 4).
В выражениях (6) и (7) ω — угловая частота вращения результирующего вектора магнитной индукции в ТВМП, m — номер ЭДС в пределах одной ступени регулирования (номер диагональной пары силовых ключей), L_k — длина k-ой хорды (ступени регулирования) окружности (фиг. 3) геометрического подобия КО ТВМП, определяемая из выражения:
Силовые ключи полупроводникового коммутатора для реализации предлагаемого способа управления УВ с ТВМП должны переключаться в определенной последовательности, алгоритм которой можно формализовать следующим способом.
1. Силовым ключам анодной и катодной групп присваиваются порядковые номера согласно отводам КО ТВМП, к которым они подключены.
2. Один из отводов КО принимается за базовый и ему присваивается номер «1».
3. Отвод КО, электрический потенциал которого имеет минимальный по модулю отрицательный фазовый сдвиг относительно рассматриваемого отвода, получает следующий за ним порядковый номер.
В этом случае алгоритм коммутации СКл выражается следующими формулами:
Здесь А[n] — номер ключа анодной группы для временной позиции n, К[n] — номер ключа катодной группы для временной позиции n (номера пульсации).
Примечание: оператор [x] возвращает наибольшее целое число, меньшее или равное аргументу х; «mod» — операция получения остатка от деления; n — номер временной позиции, характеризующий временной интервал продолжительностью Т_п/2. Временная позиция n=1 следует после выдержки угла управления α относительно условного момента естественной коммутации.
Учитывая наличие альтернативных вариантов коммутации, формулы (4.1) и (4.2) можно представить следующими альтернативными формулами:
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 отображена геометрическая аналогия КО ТВМП с 10 секциями. Показано, что каждая секция может быть условно представлена источником ЭДС равной амплитуды, но имеет различный фазовый сдвиг. Показано, что в качестве геометрической аналогии КО ТВМП можно рассматривать правильный N-угольник. На фигуре отмечено направление движения с угловой частотой ω результирующего вектора магнитной индукции, а также геометрический смысл угловой длительности пульсации выпрямленного напряжения для известного способа управления. Показано, что нумерация СКл при формализации алгоритмов управления совпадает с направлением движения результирующего вектора магнитной индукции ТВМП.
На фиг. 2 показана геометрическая аналогия КО ТВМП с 8 секциями. При известном способе управления подключение ЭДС на сборные шины осуществляется с диагонали 1-5 (фиг. 2а), затем через угловое время ω, равное Т_п, с диагонали 2-6 (фиг. 2в), образуя тем самым одну пульсацию выпрямленного напряжения на выходе УВ. На фиг. 2б показан случай, при котором через время, равное Т_п/2 после коммутации ЭДС с диагонали 1-5, возможна коммутация ЭДС с отводов 2-5, либо 1-6. Таким образом, на интервале времени, равном Т_п, образуется дополнительная пульсация выпрямленного напряжения.
На фиг. 3 представлено пояснение к формуле (4). Отображена хорда L_k, а также элементы окружности с центром в точке О, необходимые для нахождения ее длины — радиус R и внутренний угол сектора γ.
На фиг. 4 показано формирование выпрямленного напряжения с 2N пульсациями на периоде питающей сети на примере УВ с ТВМП с N=10 при различных углах управления: α₁ с размахом пульсации Δ_1max и α₂ с размахом пульсации Δ_2mах. Сплошными линиями показаны мгновенные значения ЭДС первой ступени регулирования — — в каждый момент времени. Штриховыми линиями показаны мгновенные значения ЭДС второй ступени регулирования — — в каждый момент времени. Также указаны период одной пульсации для известного способа управления — Т_п, и соответственно полупериод — Т_п/2, значение которого составляет длительность пульсации для нового способа управления.
Осуществление изобретения
В качестве примера можно привести алгоритмы включения силовых ключей анодной и катодной групп для УВ с ТВМП с N=10 для каждого из 2N=2·10=20 моментов времени (n), в сумме составляющих период напряжения питающей сети.
Таким образом, заявленный способ управления позволяет получить улучшенное качество выпрямленного напряжения по сравнению с известным способом управления. Во многом это достигается благодаря снижению наибольшего значения переменной составляющей пульсирующего напряжения за счет удвоения количества пульсаций практически на всем диапазоне регулирования.
Способ регулирования выходного напряжения управляемого выпрямителя на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем с четным числом секций круговой обмотки путем изменения величины ЭДС, отличающийся тем, что на сборные шины выпрямителя кроме ЭДС с диаметрально расположенных отводов круговой обмотки подключаются ЭДС с дополнительных отводов, сдвинутых на промежуточный фазовый угол — 2π/2Ν, где N — число секций, относительно диаметрально расположенных отводов круговой обмотки, между которыми можно условно провести пары параллельных наибольших хорд, при этом происходит увеличение числа мгновенных ЭДС на сборных шинах выпрямителя, из которых формируются пульсации в кривой выпрямленного напряжения.

Принцип работы схемы выпрямителя с фазным управлением и ее применение
В отличие от диодных выпрямителей, PCR или выпрямители с фазовым управлением имеют преимущество регулирования выходного напряжения. Диодные выпрямители называют неуправляемыми выпрямителями. Когда эти диоды переключаются с тиристорами, он становится фазоуправляемым выпрямителем. Напряжение o / p можно регулировать, изменяя угол включения тиристоров. Основное применение этих выпрямителей — регулирование скорости двигателя постоянного тока.

Что такое выпрямитель с фазовым управлением?
Термин PCR или выпрямитель с фазовым управлением — это один из типов выпрямительной схемы, в которой диоды переключаются тиристорами или тиристорами (выпрямителями с кремниевым управлением). В то время как диоды не позволяют управлять напряжением o / p, тиристоры можно использовать для изменения выходного напряжения, регулируя угол зажигания или задержку. Тиристор с фазовым управлением активируется подачей короткого импульса на его клемму затвора, и он деактивируется из-за связи по линии или естественным образом.В случае большой индуктивной нагрузки он отключается включением другого тиристора выпрямителя во время отрицательного полупериода напряжения i / p.
Типы фазоуправляемых выпрямителей
Выпрямители с фазовым управлением подразделяются на два типа в зависимости от типа источника питания i / p. И каждый вид включает в себя полу-, полный и сдвоенный преобразователь.
Типы выпрямителя с фазовым управлением
Однофазный управляемый выпрямитель
Выпрямитель этого типа, который работает от однофазного источника переменного тока i / p.
Однофазные управляемые выпрямители
подразделяются на разные типы
Полупериодный управляемый выпрямитель: В этом типе выпрямителя используется один тиристор, обеспечивающий регулирование включения / выключения только в течение одного полупериода входного переменного тока, и он обеспечивает низкий выходной постоянный ток.
Двухполупериодный управляемый выпрямитель: Этот тип выпрямителя обеспечивает более высокий выход постоянного тока
Для двухполупериодного управляемого выпрямителя с трансформатором с центральным ответвлением требуются два тиристора.
Для двухполупериодных выпрямителей с мостовым управлением не требуется трансформатор с центральным ответвлением.
Трехфазный управляемый выпрямитель
Выпрямитель этого типа, работающий от трехфазного переменного тока.
Полуконвертер — это одноквадрантный преобразователь, который имеет одну полярность напряжения и тока o / p.
Полный преобразователь — это двухквадрантный преобразователь, полярность которого может быть + ve или -ve, но ток может иметь только одну полярность: + ve или -ve.
Двойной преобразователь работает в четырех квадрантах — и напряжение, и ток могут иметь обе полярности.
Работа выпрямителя с фазовым управлением
Основной принцип работы схемы PCR объясняется с использованием однофазной полуволновой схемы PCR с резистивной нагрузкой RL, показанной на следующей схеме.
Однофазная полуволновая схема тиристорного преобразователя используется для преобразования переменного тока в постоянный. Электропитание переменного тока происходит от трансформатора, чтобы подавать необходимое напряжение переменного тока на тиристорный преобразователь в зависимости от требуемого напряжения постоянного тока.В приведенной выше схеме первичные и вторичные напряжения питания переменного тока обозначены как VP и VS.

Схема выпрямителя с фазовым управлением
Во время положительного полупериода питания i / p, когда верхний конец вторичной обмотки трансформатора находится под положительным потенциалом относительно нижнего конца, тиристор находится в состоянии прямого смещения.
Тиристор активируется с углом задержки ωt = α путем подачи соответствующего импульса запуска затвора на вывод затвора тиристора. Когда тиристор активируется при угле задержки ωt = α, тиристор ведет себя и предполагает идеальный тиристор.Тиристор действует как замкнутый переключатель, и напряжение питания i / p действует на нагрузку, когда оно проходит от ωt = α до π радиан. Для чисто резистивной нагрузки ток нагрузки io, протекающий при включенном тиристоре T1, определяется выражением выражение.
Io = vo / RL, для α≤ ωt ≤ π
Применение выпрямителя с фазовым управлением
Выпрямители с фазовым управлением
применяются на бумажных фабриках, текстильных фабриках, использующих приводы двигателей постоянного тока, и управления двигателями постоянного тока на сталелитейных предприятиях.
Тяговая система с питанием от переменного тока с использованием тягового двигателя постоянного тока.
Электрометаллургические и электрохимические процессы.
Управление реактором.
Магнитные блоки питания.
Переносные приводы ручных инструментов.
Гибкоскоростные промышленные приводы.
Аккумулятор заряжается.
Высоковольтная передача постоянного тока.
UPS (Системы бесперебойного питания).
Несколько лет назад преобразование мощности переменного тока в постоянное было достигнуто с помощью ртутных дуговых выпрямителей, мотор-генераторных установок и тираторных трубок.Современные преобразователи переменного тока в постоянный ток предназначены для сильноточных и мощных Thyrator s. В настоящее время большинство преобразователей мощности переменного тока в постоянный являются тиристорными. Устройства Thyrator управляются по фазе, чтобы получать переменное напряжение постоянного тока на выходных клеммах нагрузки. Преобразователь тиристоров с фазовым управлением использует коммутацию линии переменного тока для выключения тиристоров, которые были включены.
Они менее дорогие, а также очень простые и широко используются в промышленных приводах постоянного тока.Эти преобразователи классифицируются как двухквадрантные преобразователи, если выходное напряжение может быть либо + ve, либо -ve для данной полярности тока нагрузки. Существуют также одноквадрантные преобразователи переменного тока в постоянный, в которых напряжение o / p составляет только + ve и не может быть сделано отрицательным для данной полярности тока o / p. Конечно, одноквадрантные преобразователи также могут быть спроектированы для подачи только отрицательного постоянного напряжения. Работа двухквадрантного преобразователя может быть достигнута при использовании полностью управляемой схемы мостового преобразователя, а для одноквадрантного процесса мы используем полууправляемый мостовой преобразователь.
Таким образом, речь идет о выпрямителе с фазовой регулировкой, его эксплуатации и его применении. Мы надеемся, что вы лучше понимаете эту концепцию, а также любые сомнения относительно этой концепции или реализации каких-либо электрических проектов. Пожалуйста, оставьте свой отзыв, оставив комментарий в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос: Какие бывают типы ПЦР?
Выпрямители с кремниевым управлением (SCR) [Analog Devices Wiki]
Цель:
Целью этой лабораторной работы является изучение структуры и работы кремниевого контроллера. Выпрямитель или SCR.SCR в основном используются в устройствах, где управление высокой мощностью, возможно, на высокой напряжение, необходимо. Возможность включения и выключения больших токов делает SCR пригодным для использования в приложения для управления питанием переменного тока от среднего до высокого напряжения, такие как регулировка яркости ламп, регуляторы и двигатель контроль. Кроме того, непреднамеренные SCR могут образовываться в интегральных схемах, и когда эти SCR становятся сработавшая неисправность цепи или даже проблемы с надежностью и повреждение.
Фон:
Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) представляет собой четырехслойное твердотельное устройство управления током с 3 терминалы.У них есть анодные и катодные выводы, как у обычного диода, и третий вывод управления, именуется воротами. SCR — это однонаправленные устройства, т.е. они проводят ток только в одном направление как диод или выпрямитель. SCR срабатывают только токами, идущими в затвор. SCR сочетает в себе выпрямительные свойства диодов и функции управления включением-выключением транзисторов.
SCR обычно используются в приложениях переключения мощности. В обычном выключенном состоянии устройство ограничивает текущий поток к току утечки.Когда ток между затвором и катодом превышает определенный порог, устройство включается и проводит ток. SCR останется во включенном состоянии даже после того, как ток затвора будет удаляется до тех пор, пока ток через устройство превышает ток удержания. Как только ток падает ниже удерживающего тока в течение определенного периода времени, устройство выключится. Если вентиль импульсный и ток через устройство ниже тока фиксации, устройство останется в выключенном состоянии.
Глядя на рисунок 1 (a), четырехуровневую структуру SCR, мы видим три вывода, один из внешний слой p-типа, называемый анодом A, второй из внешнего слоя n-типа, называемый катодом K и третий от базы нижней части NPN-транзистора и называется затвором G.
Рисунок 1 Эквивалентная схема SCR
SCR, как показано на рисунке 1 (b), можно представить как разделенный на два транзистора. Эквивалент Схема SCR состоит из транзистора PNP и транзистора NPN, соединенных между собой, как показано на рисунок 1c. Мы видим, что коллектор каждого транзистора соединен с базой другого, образуя петля положительной обратной связи.
SCR имеет два стабильных состояния. Первое — это непроводящее состояние ВЫКЛ.С открытым терминалом ворот Давайте сначала предположим, что ток не течет на клемму базы NPN-транзистора Q ₂. При нулевом базовом токе ток коллектора Q ₂ также будет равен нулю. Учитывая нулевой коллектор для Q ₂ мы делаем вывод, что из базы PNP-транзистора должен течь нулевой ток. Q ₁. Учитывая нулевой базовый ток в Q ₁, мы делаем вывод, что коллектор должен быть нулевым. ток в Q ₁. Это согласуется с нашим исходным предположением о нулевом токе в основании Вопрос ₂.С нулевым током коллектора (и нулевым током базы) как в Q ₁, так и в Q ₂, мы можем сделать вывод, что в любом из транзисторов также не должно быть эмиттерного тока. Этот Состояние ВЫКЛ с нулевым током стабильно до тех пор, пока любой ток утечки через Q ₁ или Q ₂ от эмиттера до коллектора очень мало.
Второе стабильное состояние — это проводящее состояние ВКЛ. Мы можем переключить или переключить SCR из ВЫКЛ. в состояние ВКЛ. путем подачи небольшого тока на клемму затвора.Пройдя через то же самое процедуры вокруг цикла, который мы только что сделали для выключенного состояния, мы можем видеть, что как только базовый ток подается на Q ₂, больший ток коллектора (ß _NPN раз больше тока базы) начать течь. Этот ток коллектора Q ₂ становится базовым током для Q ₁. Эта база ток в Q ₁ снова производит больший ток коллектора (ß _PNP раз больше базового ток) в _{1 кв.}. Коллекторный ток Q ₁ возвращается в базу Q ₂ еще больше увеличивает базовый ток.Как только этот контур обратной связи по току установлен начальный ток затвора может быть удален, и тиристор будет оставаться в проводящем состоянии включения до тех пор, пока поскольку внешняя цепь вокруг SCR подает ток через SCR. Единственный способ выключить SCR предназначен для падения тока ниже критического уровня «удерживающего» тока.
Следует отметить, что этот контур положительной обратной связи будет удерживать SCR включенным и оставаться в нем. это зафиксированное состояние, если верно следующее:
ß _PNP * ß _NPN ⇒ 1
Падение напряжения на SCR от клеммы A до K , когда SCR проводит ток, составляет сумму Q _1VBE и Q _2VCESAT параллельно с суммой Q _2VBE и Q _1VCESAT.Мы знаем, что ß устройств BJT падает при перемещении коллекторного базового перехода вперед. смещен в область насыщения, то есть V _CE меньше V _BE. Модель V _CE два транзистора будут опускаться до тех пор, пока не будет удовлетворено указанное выше уравнение усиления положительной обратной связи и ß _PNP * ß _NPN равно 1.
Также важно отметить, что ß транзисторов BJT очень низок для очень малых значений ток коллектора и из приведенного выше уравнения, тиристор будет оставаться в выключенном состоянии до тех пор, пока ток утечки настолько мал, что ß _PNP * ß _NPN меньше 1 при такой низкой утечке текущий уровень.
В комплект аналоговых деталей ADALP2000 не входит SCR, но мы можем эмулировать его, построив эквивалентную схему. показано на рисунке 1 © от дискретных транзисторов PNP и NPN.
Материалы:
ADALM2000 Active Learning Module
Макетная плата без пайки
Резисторы 2 — 1 кОм
Резисторы 2 — 100 кОм
1 — Конденсатор 0,1 мкФ (с маркировкой 104)
1 — малосигнальный транзистор NPN (2N3904)
1 — транзистор PNP с малым сигналом (2N3906 )
Направления:
Постройте модель эквивалентной схемы SCR, как показано на рисунке 2, на своей беспаечной макетной плате.
Рисунок 2 Схема для эмуляции SCR
Два резистора 100 кОм, R ₁, R ₂, помещаются поперек соответствующих В _BE каждого транзистора, чтобы гарантировать, что любые небольшие токи утечки не вызывают самопроизвольного срабатывания моделируемого тиристора. Резистор R ₃ преобразует импульс напряжения от AWG2 в ток срабатывания.
Настройка оборудования:
AWG1 должен быть настроен как синусоида с амплитудой 10 В от пика до пика, смещением нуля и частотой 100 Гц.AWG2 должен быть сконфигурирован как прямоугольный сигнал с амплитудой 800 мВ от пика до пика, смещение 400 мВ , частота 100 Гц. Убедитесь, что два канала AWG запущены синхронно.
Рисунок 3 Соединения макетной платы схемы для имитации SCR
Процедура:
Запустите осциллограф на канале 1. Наблюдая за входной синусоидальной волной на канале 1 осциллографа и напряжением. через R _L на канале 2 осциллографа отрегулируйте фазу AWG2 с шагом от 180 ° до 360 °.В зависимости от на настройке фазы AWG2 вы должны увидеть что-то похожее на рисунки ниже. Вы заметите что напряжение на R _L равно нулю, тиристор в выключенном состоянии, до тех пор, пока запускающий импульс от AWG2 происходит, и SCR остается во включенном состоянии до тех пор, пока входное синусоидальное напряжение не пересечет ноль.
Рисунок 4 Пример сигналов
Рисунок 5 Пример осциллограмм Scopy
Измерьте и сообщите о падении напряжения на тиристоре, когда он находится во включенном состоянии и проводит ток.Как это напряжение сравнивается с обычным диодом с PN переходом?
Найдите минимальное импульсное напряжение (амплитуду) над землей, которое запустит SCR, регулируя AWG2. Оцените минимальный ток срабатывания на основе этого напряжения, R ₃ и V _BE Q ₂. Объясни свой результат.
Попробуйте использовать большие (1 МОм) и меньшие (10 кОм) значения для R ₁ и R ₂. Как это изменит минимальное напряжение срабатывания?
Заменить резистор R ₃ на 0.Конденсатор 1 мкФ. Этот конденсатор связи действует как дифференциатор превращая прямоугольный импульс на выходе AWG в узкие положительные и отрицательные всплески тока на нарастающие и спадающие фронты прямоугольной волны. Как это влияет, когда и как срабатывает SCR?
Вопросы:
Чем тиристор отличается от обычного выпрямительного диода?
Изобразите характеристики V, -I SCR. Что вы можете сделать из них?
Почему SCR всегда включается током в затвор?
Почему нельзя использовать тиристор в качестве двунаправленного переключателя тока?
Как SCR контролирует мощность, подаваемую на нагрузку?
Почему тиристоры в основном используются в цепях переменного тока?
Если доступен источник меньших (слаботочных) тиристоров, вы можете повторить эксперимент с реальным устройство, а не эмуляцию нашей эквивалентной схемы.
Непреднамеренные паразитные тринисторы в интегральных схемах
Мы исследовали приложения для SCR, которые намеренно используют его характеристики. К сожалению, непреднамеренные SCR могут образовываться в интегральных схемах, и если эти паразитные SCR сработавшая неисправность цепи может привести или даже к проблемам с надежностью и повреждению встроенного схема.
ЗАДЕРЖКА
Защелкивание — это потенциально деструктивная ситуация, при которой срабатывает паразитный SCR, замыкая положительные и отрицательные поставки вместе.Если ток не ограничен, электрическое перенапряжение будет происходить. Классический случай фиксации происходит в устройствах вывода CMOS, в которых транзисторы драйвера и ямы образуют четырехслойную структуру PNPN SCR, когда один из двух паразитных переходов база-эмиттер кратковременное смещение вперед во время сбоя из-за перенапряжения. SCR включается и по существу вызывает короткое замыкание между источником питания V _DD и массой.
Поскольку все эти МОП-устройства расположены близко друг к другу на монолитном кристалле, с соответствующими внешними При возбуждении могут включиться паразитные устройства SCR, что характерно для плохо спроектированных схем КМОП.На рис. 4 в упрощенном виде показано поперечное сечение двух транзисторов, одного PMOS и одного NMOS; эти могут быть соединены вместе как логические вентили или как аналоговый усилитель или переключатель. Паразитарный биполярный транзисторы, отвечающие за поведение фиксации, Q ₁ (вертикальный PNP) и Q ₂ (боковой NPN), как указано.
Рисунок 6 Поперечное сечение устройств PMOS и NMOS с паразитными транзисторами Q ₁ и Q ₂
Надлежащие методы проектирования для уменьшения возможности образования SCR включают увеличение расстояния между Устройства NMOS и PMOS и вставка высоколегированных областей между Нвеллсом и Пуэллсом.Оба эти виды подходов к компоновке пытаются снизить ß либо вертикального PNP, либо бокового NPN. паразитных биполярных транзисторов меньше 1. Некоторые из этих методов также имеют тенденцию снижать сопротивление R _PWELL и R _NWELL, которые увеличивают минимальный ток срабатывания, необходимый для включения SCR.
Для дальнейшего чтения:
http://en.wikipedia.org/wiki/Silicon-controlled_rectifier
Электрические повреждения стандартных линейных интегральных схем
Победа в битве против фиксации аналоговых переключателей CMOS
Вернуться к содержанию лабораторных занятий.
Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) — определение, конструкция, режимы работы и характеристики VI
ср знаю, что диод позволяет электрический Текущий в одном направлении и блокирует электрический ток в другом направление. Другими словами, диод преобразует переменный ток. ток в постоянный ток Текущий.Это уникальное поведение диодов позволяет строить различные типы выпрямители типа половинные волна, полная волна и мост выпрямители. Эти выпрямители преобразует переменный ток в постоянный.
полуволновые, двухполупериодные и мостовые выпрямители используют нормальные p-n переходные диоды (двухслойные диоды).Итак, если напряжение примененная к этим диодам достаточно высокая, то диоды может быть уничтожен. Итак, выпрямители не может работать при высоком напряжении.
Чтобы преодолеть этот недостаток, ученые разработали специальный тип выпрямителя, известный как Выпрямитель с кремниевым управлением. Эти выпрямители выдерживают высокое напряжение.
Выпрямитель с кремниевым управлением
Определение
Выпрямитель с кремниевым управлением — это 3 терминал и 4-х слойное полупроводниковое устройство управления током.Он в основном используется в устройствах для управления большой мощностью. Выпрямитель с кремниевым управлением также иногда называют Диод SCR, 4-слойный диод, 4-слойное устройство или тиристор. это изготовлен из кремниевого материала, который контролирует высокую мощность и преобразует сильный переменный ток в постоянный (выпрямление). Следовательно, он называется выпрямителем с кремниевым управлением.
Что контролируется кремнием? Выпрямитель?
Выпрямитель с кремниевым управлением
устройство управления однонаправленным током.Как нормальный p-n-переходный диод, он пропускает электрический ток только в одном направление и блокирует электрический ток в другом направлении. А диод с нормальным p-n переходом состоит из двух полупроводниковых слоев. а именно P-типа и N-типа. Однако диод SCR состоит из 4 полупроводниковых слоев чередование материалов типа P и N.
Принцип p-n-p-n переключения был разработан Tanenbaum, Goldey, Moll и Холоняк из Bell Laboratories в 1956 году.Кремний управляемый выпрямитель разработан командой энергетиков во главе с Гордоном Холлом и коммерциализированной Фрэнком В. Фрэнком В. «Билл» Гуцвиллер в 1957 году. На заре создания этого устройства разработка, его часто называют такими именами, как SCR и управляемый выпрямитель. Однако в наши дни это устройство часто упомянутый Thyristor.
Выпрямители с кремниевым управлением используется в приложениях управления мощностью, таких как мощность, подаваемая на электродвигатели, реле управления или индукционные нагревательные элементы где мощность должна контролироваться.
Кремний Обозначение управляемого выпрямителя
Схематическое обозначение кремния. управляемый выпрямитель показан на рисунке ниже. SCR диод состоит из трех клемм, а именно анода (A), катода (K), затвора (ГРАММ). Стрелка диода показывает направление обычного Текущий.
Строительство выпрямителя с кремниевым управлением
Выпрямитель с кремниевым управлением состоит из 4-х полупроводниковых слоев чередующегося типа P и N материалы, из которых формируются конструкции НПНП или ПНПН.Имеет три P-N соединения, а именно J ₁, J _2, J ₃ с тремя выводами, прикрепленными к полупроводниковым материалам а именно анод (A), катод (K) и затвор (G). Анод — это положительно заряженный электрод, через который обычный ток поступает в электрическое устройство, катод — это отрицательно заряженный электрод, через который обычный ток покидает электрическое устройство, ворота — это клемма, которая контролирует ток между анодом и катодом.Ворота Терминал также иногда называют контрольным терминалом.
Вывод анода SCR диода соединен с первым материалом p-типа структуры PNPN, катодный вывод соединен с последним материалом n-типа, и клемма затвора соединена со вторым материалом p-типа Ближайшая к катоду структура ПНПН.
В кремниевом выпрямителе, Кремний используется как собственный полупроводник.При добавлении пятивалентных примесей к этому внутреннему полупроводник, образуется полупроводник N-типа. Когда трехвалентный примеси добавляются к собственному полупроводнику, p-тип полупроводник.
Когда 4 полупроводниковых слоя чередующиеся материалы типа P и N кладут друг на друга, В структуре ПНПН образуются три перехода. В PNPN структура, переход J ₁ формируется между первым слоем P-N стык J ₂ образуется между слоем N-P и переходом J ₃ образуется между последним слоем P-N.Допинг ПНПН структура зависит от применения диода SCR
режимов работы в SCR
Есть три режима работы для выпрямителя с кремниевым управлением (SCR), в зависимости от предвзятое отношение к нему.
1) Режим блокировки в прямом направлении (выключенное состояние)
2) Режим прямого включения (включено)
3) Обратный режим блокировки (выключенное состояние)
1) Режим блокировки в прямом направлении (выключенное состояние)
В этом режиме работы положительное напряжение (+) подается на анод A (+), отрицательное напряжение (-) подается на катод K (-), а затвор G разомкнут, как показано на рисунке ниже.В этом случае переход J ₁ и переход J ₃ смещены вперед, тогда как переход J2 становится обратный смещенный. Из-за напряжения обратного смещения ширина области истощения увеличивается на переходе J ₂. Эта обедненная область на стыке J ₂ действует как стена или препятствие между перекрестком J ₁ и переход J ₃.Он блокирует текущий ток между переходом J ₁ и переходом J ₃. Следовательно, большая часть тока не течет. между переходом J ₁ и переходом J ₃. Однако протекает небольшое количество тока утечки. между переходом J ₁ и переходом J ₃.
При подаче напряжения на тиристор достигает значения пробоя, неосновные носители высоких энергий вызывает лавинный срыв.При этом напряжении пробоя ток начинает течь через SCR. Но ниже этой поломки напряжения, SCR предлагает очень высокое сопротивление току и так что он будет в выключенном состоянии.
В этом режиме работы SCR смещен вперед, но ток все еще течет через него. Следовательно, он называется режимом прямой блокировки.
2) Режим прямого включения (включено)
Кремниевый выпрямитель может заставить вести себя двумя способами:
За счет увеличения напряжения прямого смещения, приложенного между анодом и катод за напряжением пробоя
Путем подачи положительного напряжения на вывод затвора.
В первом случае прямое смещение напряжение, приложенное между анодом и катодом, увеличивается сверх напряжение пробоя, неосновные носители (свободные электроны в анод и дырки в катоде) получает большое количество энергии и разогнался до больших скоростей. Это высокоскоростное меньшинство носители сталкиваются с другими атомами и генерируют больше заряда перевозчики. Точно так же много столкновений происходит с другими атомами.Благодаря этому генерируются миллионы носителей заряда. Как в результате происходит пробой обедненной области на стыке J ₂ и ток начинает течь через тиристор. Таким образом, SCR будет в состоянии Вкл. Ток в тиристоре быстро увеличивается после происходит пробой соединения.
Во втором случае небольшой положительный напряжение V _G приложено к выводу затвора.Как мы знайте, что в режиме прямой блокировки ток не течет через цепь из-за наличия широкой области истощения на развязке J ₂. Эта область истощения образовалась из-за обратного смещения клеммы затвора. Так что эта проблема может легко решить, приложив небольшое положительное напряжение к Терминал ворот. Когда небольшое положительное напряжение подается на терминал ворот, он станет смещенным вперед.Итак, истощение ширина области на стыке J ₂ становится очень узкой. В этом случае приложение небольшого напряжения прямого смещения между анодом и катодом достаточно, чтобы электрический ток проникают через эту узкую область истощения. Следовательно, электрический ток начинает течь через цепь SCR.
Во втором случае нам не нужно подавать заявку большое напряжение между анодом и катодом.Небольшое напряжение между анод и катод, а положительное напряжение на выводе затвора Достаточно перевести SCR из режима блокировки в режим проводки.
В этом режиме работы SCR смещен вперед, и через него течет ток. Следовательно, он назван как прямой проводящий режим.
3) Обратный режим блокировки (включено)
В этом режиме работы отрицательное напряжение (-) подается на анод (+), положительное напряжение (+) подается на катод (-), и затвор разомкнут, как показано на рисунок ниже.В этом случае переход J ₁ и переход J ₃ имеют обратное смещение, тогда как переход J2 становится предвзятым.
В качестве переходов J ₁ и переход J ₃ имеют обратное смещение, нет ток протекает через цепь SCR. Но небольшая утечка ток течет из-за дрейфа носителей заряда в прямом смещенный переход J ₂.Этот небольшой ток утечки не достаточно включить SCR. Таким образом, SCR будет в выключенном состоянии.
V-I Характеристики SCR
V-I характеристики SCR показано на рисунке ниже. Горизонтальная линия внизу цифра представляет величину напряжения, приложенного к SCR, тогда как вертикальная линия представляет количество ток течет в SCR.
В _A = напряжение анода, I _A = Анодный ток, + V _A = прямое анодное напряжение, + I _A = Прямой анодный ток, -V _A = обратный анод напряжение, + I _A = обратный анодный ток
V-I характеристики SCR разделен на три региона:
Область прямой блокировки
Область прямой проводимости
Область обратной блокировки
В этой области положительное напряжение (+) подается на анод (+), отрицательное напряжение (-) подается на катод (-), и затвор открыт.Благодаря этому соединение J ₁ и J ₃ становится смещенным вперед в то время как J ₂ становится обратным смещением. Поэтому небольшой ток утечки протекает от анода к катодным выводам SCR. Этот небольшой ток утечки известен как прямая утечка. Текущий.
Область ОА V-I характеристик известен как область прямой блокировки, в которой SCR не проводить электрический ток.
Область прямой проводимости
Если приложено напряжение прямого смещения между анодом и катодом увеличивается за пределами пробоя напряжения, неосновные носители (свободные электроны на аноде и дырки в катоде) набирает большое количество энергии и ускоряется к большим скоростям. Это высокоскоростные неосновные авианосцы сталкивается с другими атомами и генерирует больше носителей заряда.Точно так же много столкновений происходит с атомами. В связи с этим, генерируются миллионы носителей заряда. В результате истощение пробой области происходит на переходе J ₂ и ток начинает течь через SCR. Таким образом, SCR будет во включенном состоянии. Ток в SCR быстро увеличивается после перехода происходит поломка.
Напряжение, при котором находится переход J ₂ ломается, когда ворота открыты, называется прорывом вперед напряжение (В _BF).
Район до нашей эры V-I характеристика называется областью проводимости. В этом регионе ток, протекающий от анода к катоду, быстро увеличивается. В область AB указывает, что как только устройство включается, напряжение на тиристоре падает до нескольких вольт.
В этой области отрицательное напряжение (-) подается на анод (+), положительное напряжение (+) подается на катод (-), и затвор открыт.В этом случае переход J ₁ и переход J ₃ являются обратное смещение, тогда как переход J2 становится предвзятым.
Как переходы J ₁ и переход J ₃ являются с обратным смещением, ток через цепь SCR не протекает. Но небольшой ток утечки протекает из-за дрейфа заряда. носители в прямом смещенном переходе J ₂.Этот небольшой ток утечки называется током обратной утечки. Эта небольшая утечка тока недостаточно для включения SCR.
Если приложено напряжение обратного смещения между анодом и катодом увеличивается сверх обратного напряжение пробоя (_{В, ВР}), лавинный пробой происходит. В результате ток быстро увеличивается. Область EF называют зоной обратного схода лавины.Этот быстрый рост ток может повредить устройство SCR.
Все, что вам нужно знать о SCR

LGC400-10 — это система управления двигателем постоянного тока на базе SCR

Во-первых, что такое диод?
Диод — это электрический компонент, который позволяет электричеству течь в одном направлении, но не в другом.Он похож на обратный клапан, который пропускает воду, но не возвращает ее внутрь. Это также похоже на заслонку на выпускном отверстии. Если воздух движется в правильном направлении, сила воздуха открывает вентиляционное отверстие и позволяет дыму выйти. Как только воздух перестает дуть, сила тяжести закрывает заслонку, чтобы предотвратить попадание наружного воздуха, мусора, дыма или животных.
На иллюстрации ниже, когда входящая волна переменного тока является положительной, ток течет слева направо, поэтому диод позволяет току проходить.Когда волна переменного тока отрицательная, ток должен течь справа налево, поэтому диод блокирует его.

Диод пропускает ток только в одном направлении

Диодные мосты
Если используется только один диод (как показано выше) с входом переменного тока, выход известен как полуволна переменного тока , потому что проходит только положительная половина линии переменного тока. Так как же нам воспользоваться преимуществами линии переменного тока, когда она находится в отрицательной части своей фазы? С диодным мостом .Если вы возьмете 4 диода и расположите их в виде ромба, как показано на рисунке ниже, выход диодного моста всегда будет положительным, независимо от того, положительный или отрицательный вход переменного тока. Этот выход известен как rectified AC .

Иллюстрация диодного моста для преобразования переменного тока в выпрямленный

Выпрямительный мост и тиристоры
В США источники питания переменного тока 115 В и 230 В имеют частоту 60 Гц.Это означает, что за 1 секунду происходит 60 полных волн. Таким образом, для выпрямленного переменного тока на выходе имеется 120 импульсов в секунду. Это настолько быстро, что двигатель постоянного тока работает так, как будто он питается от постоянного тока.
Итак, теперь мы знаем, как получить выпрямленное напряжение переменного тока и что оно может заставить двигатель постоянного тока вращаться, но как мы можем изменить скорость двигателя постоянного тока? Путем изменения напряжения на двигателе с помощью выпрямителей с кремниевым управлением (SCR) . SCR похож на диод, но с дополнительной возможностью включать и выключать его, так что электричество не только течет в одном направлении, но и течет только в этом направлении, когда вы хотите, чтобы поток был.Заменяя два диода на SCR, мы преобразуем диодный мост в выпрямительный мост и можем контролировать среднее значение напряжения на двигателе постоянного тока.

Использование тиристоров вместо двух входящих диодов преобразует диодный мост в выпрямительный мост
Одно заметное различие между выходами диодного моста и выпрямительного моста заключается в том, что выход SCR имеет задержку в начале каждого импульса.Это встроено в элементы управления двигателем SCR, чтобы предотвратить одновременное включение двух SCR. Если бы оба SCR были включены, это привело бы к короткому замыканию в линии переменного тока, которое привело бы к срабатыванию выключателей и / или предохранителей, а также, возможно, повредило бы SCR. Вот почему с линейным источником 115 В переменного тока максимальное напряжение, которое вы можете получить от управления тиристором, составляет 100 В постоянного тока, поэтому щеточные двигатели постоянного тока обычно рассчитаны на 90 В постоянного тока. При питании от сети 230 В переменного тока типичные щеточные электродвигатели постоянного тока рассчитаны на 180 В постоянного тока.

Переменная скорость
Добавляя задержку перед включением SCR, мы не можем ограничить допустимое напряжение на двигателе. Эта задержка называется фазовым углом. Чем выше фазовый угол, тем раньше включится тиристор и тем дольше будет разрешен выпрямленный выход на двигатель. На рисунке ниже показан выпрямительный мост с небольшим фазовым углом, приложенным к тиристорам, чтобы двигатель постоянного тока работал на более низкой скорости. Регуляторы двигателя SCR для щеточных двигателей постоянного тока обычно имеют 1.37 с диапазоном скорости 60: 1 для регулирования нагрузки 1%. Это означает, что вы можете рассчитывать снизить уровень типичного двигателя 90 В постоянного тока до 1,5 В постоянного тока и поддерживать отклонение в 1% (0,9 В постоянного тока в этом примере). Обычно наименьшая возможная скорость в любой комбинации SCR и двигателя постоянного тока определяется двигателем. Двигатели постоянного тока обычно начинают вращаться до того, как выходная мощность привода становится проблемой.

Иллюстрация использования тиристоров для ограничения количества выходящего напряжения на двигателе постоянного тока
Выход SCR при 20 В постоянного тока (таблица читается слева направо) Выход SCR при 90 В постоянного тока (таблица читается слева направо)
Щелкните здесь, чтобы узнать о преимуществах и недостатках управления двигателями постоянного тока SCR.
Щелкните здесь, чтобы увидеть, что American Control Electronics предлагает нерегенеративное управление SCR, или здесь, чтобы увидеть предложения с регенеративным SCR.
Щелкните здесь, чтобы узнать об альтернативе SCR для управления двигателем постоянного тока, PWM.
Что такое выпрямитель? Типы выпрямителей, работа и применение
Различные типы выпрямителей — работа и применение
В электронике схема выпрямителя является наиболее часто используемой схемой, потому что почти каждое электронное устройство работает от постоянного тока (постоянного тока) , но доступность из источников постоянного тока ограничены, например, электрические розетки в наших домах обеспечивают переменного тока (переменного тока) .Выпрямитель — идеальный кандидат для этой работы в промышленности и дома, чтобы преобразовать переменный ток в постоянный ток . Даже в наших зарядных устройствах для сотовых телефонов используются выпрямители для преобразования AC из наших домашних розеток в DC . Различные типы выпрямителей используются для определенных приложений.
В основном у нас есть два типа напряжения, которые широко используются в наши дни. Они бывают переменного и постоянного напряжения. Эти типы напряжения могут быть преобразованы из одного типа в другой с помощью специальных схем, разработанных для этого конкретного преобразования.Эти преобразования происходят повсюду.
Наши основные источники питания, которые мы получаем от электросетей, имеют переменный характер, и бытовые приборы, которые мы используем в своих домах, обычно требуют небольшого постоянного напряжения. Этот процесс преобразования переменного тока в постоянный получил название выпрямления. Преобразованию переменного тока в постоянный предшествует дальнейший процесс, который может включать фильтрацию, преобразование постоянного тока в постоянный и так далее. Одна из самых распространенных частей электронного блока питания — мостовой выпрямитель.
Для многих электронных схем требуется выпрямленный источник питания постоянного тока для питания различных основных электронных компонентов от доступной сети переменного тока.Простой мостовой выпрямитель используется в различных электронных силовых устройствах переменного тока.
Другой способ взглянуть на схему выпрямителя состоит в том, что можно сказать, что она преобразует токи, а не напряжения. Это имеет более интуитивный смысл, потому что мы больше привыкли использовать ток для определения природы компонента. Вкратце, выпрямитель принимает ток, который имеет как отрицательную, так и положительную составляющие, и выпрямляет его так, чтобы осталась только положительная составляющая тока.
Мостовые выпрямители широко используются в источниках питания, которые обеспечивают необходимое постоянное напряжение для электронного компонента или устройств.Наиболее эффективными коммутационными аппаратами, характеристики которых известны полностью, являются диоды. Теоретически вместо диодов можно использовать любой твердотельный переключатель, которым можно управлять или которым нельзя управлять.
Обычно выпрямители типа типа классифицируются на основе их мощности. В этой статье мы обсудим многие типы выпрямителей, такие как:
Однофазные выпрямители
Трехфазные выпрямители
Управляемые выпрямители
Неуправляемые выпрямители
Полуполупериодные выпрямители
Полноволновые выпрямители
Мостовые выпрямители
Center -Tapped Rectifiers
Что такое выпрямитель?
Выпрямитель — это электрическое устройство, состоящее из одного или более чем одного диода, которое преобразует переменный ток ( переменного тока, ) в постоянный ток ( постоянного тока, ).Он используется для выпрямления, где процесс ниже показывает, как он преобразует переменный ток в постоянный.
Что такое выпрямление?
Выпрямление — это процесс преобразования переменного тока (который периодически меняет направление) в постоянный ток (поток в одном направлении).
Типы выпрямителей
В основном есть два типа выпрямителей:
Неуправляемый выпрямитель
Управляемый выпрямитель
Мостовые выпрямители бывают многих типов, и оснований для классификации может быть много, чтобы назвать несколько, тип питания, конфигурации мостовой схемы, возможности управления и т. д.Мостовые выпрямители можно в целом разделить на одно- и трехфазные выпрямители в зависимости от типа входа, на котором они работают. Оба этих типа включают следующие дополнительные классификации, которые можно разделить на одно- и трехфазные выпрямители.
Дальнейшая классификация основана на коммутационных устройствах, которые использует выпрямитель, и их типы: неуправляемые, полууправляемые и полностью управляемые выпрямители. Некоторые типы выпрямителей обсуждаются ниже.
В зависимости от типа выпрямительной схемы выпрямители подразделяются на две категории.
Полупериодный выпрямитель
Двухполупериодный выпрямитель
Полупериодный выпрямитель преобразует только половину волны переменного тока в сигнал постоянного тока, тогда как двухполупериодный выпрямитель преобразует полный сигнал переменного тока в постоянный.
Мостовой выпрямитель — это наиболее часто используемый выпрямитель в электронике, и в этом отчете будет рассказано о его работе и изготовлении. Схема простого мостового выпрямителя — самый популярный метод двухполупериодного выпрямления.
Мы обсудим как управляемые, так и неуправляемые (полуволновые и полнополупериодные мостовые) выпрямители более подробно со схемами и принципами работы, как показано ниже.
Неуправляемый выпрямитель:
Тип выпрямителя, выходное напряжение которого не может контролироваться , называется неуправляемым выпрямителем .
Выпрямитель использует переключатели для работы. Переключатели могут быть различных типов, в широком смысле, управляемые переключатели и неуправляемые переключатели. Диод — это однонаправленное устройство, которое позволяет току течь только в одном направлении. Работа диода не контролируется, поскольку он будет работать до тех пор, пока он смещен в прямом направлении.
При конфигурации диодов в любом конкретном выпрямителе выпрямитель не полностью находится под управлением оператора, поэтому выпрямители такого типа называются неуправляемыми выпрямителями. Это не позволяет изменять мощность в зависимости от требований к нагрузке. Таким образом, этот тип выпрямителя обычно используется в постоянных или фиксированных источниках питания.
В неуправляемом выпрямителе используются только диоды, и они дают фиксированное выходное напряжение, зависящее только от входа AC .
Типы неуправляемых выпрямителей:
Неконтролируемые выпрямители делятся на два типа:
Полуволновый выпрямитель
Полноволновой выпрямитель
Полуволновой выпрямитель:
Тип выпрямителя, который преобразует только полупериод переменного тока (AC) в постоянный (DC) известен как полуволновой выпрямитель.
Положительный полупериодный выпрямитель:
Полупериодный выпрямитель, который преобразует только положительный полупериод и блокирует отрицательный полупериод.
Выпрямитель отрицательной полуволны:
Выпрямитель отрицательной полуволны преобразует только отрицательный полупериод переменного тока в постоянный ток.
Во всех типах выпрямителей однополупериодный выпрямитель — это самый простой из них , поскольку он состоит только из одного диода .
Диод пропускает ток только в одном направлении, известном как вперед смещение . Нагрузочный резистор RL включен последовательно с диодом.
Положительный полупериод:
Во время положительного полупериода вывод диода анод станет положительным, а катод станет отрицательным, известным как прямое смещение . И это позволит протекать положительному циклу.
Отрицательный полупериод:
Во время отрицательного полупериода анод станет отрицательным, а катод станет положительным, что известно как обратное смещение .Таким образом, диод заблокирует отрицательный цикл.
Таким образом, когда источник переменного тока подключен к однополупериодному выпрямителю, через него будет проходить только полупериод , как показано на рисунке ниже.
Выход этого выпрямителя снимается через нагрузочный резистор RL . Если мы посмотрим на график вход-выход , он показывает пульсирующий положительный полупериод входа .
На выходе полуволнового выпрямителя слишком много пульсаций , и использовать этот выход в качестве источника постоянного тока не очень практично.Чтобы сгладил этот пульсирующий выходной сигнал, через резистор вводится конденсатор . Конденсатор будет заряжаться во время положительного цикла и разряжаться во время отрицательного цикла, чтобы выдать плавный выходной сигнал.
Такие типы выпрямителей тратят впустую мощность полупериода входа переменного тока.
Полнопериодный выпрямитель:
Двухполупериодный выпрямитель преобразует положительных и отрицательных полупериодов переменного тока (переменного тока) в постоянный (постоянный ток).Он обеспечивает двойное выходное напряжение по сравнению с полуволновым выпрямителем
Двухполупериодный выпрямитель состоит из более чем одного диода.
Существует два типа двухполупериодных выпрямителей.
Мостовой выпрямитель
Выпрямитель с центральным отводом
Мостовой выпрямитель
Мостовой выпрямитель использует четыре диода для преобразования обоих полупериодов входного переменного тока в постоянный выходной.
В этом типе выпрямителя диоды подключаются в особой форме, как указано ниже.
Положительный полупериод:
Во время положительного полупериода входа диод D1 и D2 становится прямым смещением, а D3 и D4 становится обратным смещением. Диод D1 и D2 образуют замкнутый контур, который обеспечивает положительное выходное напряжение на нагрузочном резисторе RL .
Отрицательный полупериод:
Во время отрицательного полупериода диод D3 и D4 становится прямым смещением, а D1 и D2 становится обратным смещением.Но полярность нагрузочного резистора RL остается прежней и обеспечивает положительный выходной сигнал на нагрузке.
Выход двухполупериодного выпрямителя имеет низкие пульсации по сравнению с полуволновым выпрямителем, но, тем не менее, он не является плавным и стабильным.
Чтобы сделать выходное напряжение плавным и стабильным, на выходе помещается конденсатор , как показано на рисунке ниже.
Заряд и разряд конденсатора, обеспечивающий плавные переходы между полупериодами.
Работа схемы мостового выпрямителя
Из принципиальной схемы видно, что диоды подключены определенным образом. Это уникальное расположение и дало название конвертеру. В мостовом выпрямителе напряжение на входе может быть от любого источника. Это может быть трансформатор, который используется для повышения или понижения напряжения, или сеть нашего домашнего источника питания. В этой статье мы используем трансформатор с ответвлениями 6-0-6 для обеспечения переменного напряжения.
В первой фазе работы выпрямителя, во время положительного полупериода, диоды D3-D2 смещаются в прямом направлении и проводят ток. Диоды D1-D4 имеют обратное смещение и не проводят в этом полупериоде, действуя как разомкнутые переключатели. Таким образом, мы получаем на выходе положительный полупериод. И наоборот, в отрицательном полупериоде диоды D1-D4 смещаются в прямом направлении и начинают проводить, тогда как диоды D3-D2 имеют обратное смещение и не проводят в этом полупериоде.
Опять получаем на выходе положительный полупериод.В конце процесса выпрямления отрицательная часть переменного тока преобразуется в положительный цикл. Выходной сигнал выпрямителя — это два полуположительных импульса с той же частотой и величиной, что и входной.
В отличие от работы полуволнового выпрямителя, полный мостовой выпрямитель имеет другую ветвь, которая позволяет ему проводить отрицательную половину формы волны напряжения, которую полумостовой выпрямитель не имел возможности сделать. Таким образом, среднее напряжение на выходе полного мостового выпрямителя вдвое больше, чем у полумостового выпрямителя.
Хотя мы используем четыре отдельных силовых диода для изготовления двухполупериодного мостового выпрямителя, готовые компоненты мостового выпрямителя доступны «в готовом виде» в диапазоне различных значений напряжения и тока, которые могут использоваться непосредственно для обеспечения работоспособности. схема.
Форма волны выходного напряжения после выпрямления не соответствует правильному постоянному току, поэтому мы можем попытаться превратить ее в форму волны постоянного тока, используя конденсатор для целей фильтрации. Сглаживающие или накопительные конденсаторы, подключенные параллельно нагрузке на выходе схемы двухполупериодного мостового выпрямителя, увеличивают средний выходной уровень постоянного тока до требуемого среднего напряжения постоянного тока на выходе, поскольку конденсатор действует не только как фильтрующий компонент, но и также периодически заряжается и разряжается, эффективно увеличивая выходное напряжение.
Конденсатор заряжается до тех пор, пока форма сигнала не достигнет своего пика, и равномерно разряжается в цепи нагрузки, когда форма сигнала начинает снижаться. Таким образом, когда выходной сигнал становится низким, конденсатор поддерживает правильную подачу напряжения в цепи нагрузки, тем самым создавая постоянный ток.
Преимущества мостового выпрямителя:
Низкие пульсации в выходном сигнале постоянного тока
Высокий КПД выпрямителя
Низкие потери мощности
Недостатки мостового выпрямителя:
Мостовой выпрямитель сложнее, чем однополупериодный выпрямитель
Больше потерь мощности по сравнению с двухполупериодным выпрямителем с центральным ответвлением.
Выпрямитель с центральным отводом
Этот тип двухполупериодного выпрямителя использует трансформатор с центральным отводом и два диода.
Трансформатор с центральным ответвлением — это трансформатор с двойным напряжением, который имеет два входа ( I1 и I2 ) и три выходных клеммы ( T1, T2, T3 ). Клемма T2 подключена к центру выходной катушки, которая действует как опорное заземление (опорное напряжение o вольт ).Клемма T1 выдает положительное напряжение , а клемма T3 создает отрицательное напряжение по сравнению с T2 .
Конструкция выпрямителя с центральным отводом приведена ниже:
Положительный полупериод:
Во время входного положительного полупериода T1 будет вырабатывать положительное, а T2 — отрицательное напряжение. Диод D1 станет прямым смещением, а диод D2 станет обратным смещением.Это создает закрытый путь от T1 к T2 через нагрузочный резистор RL , как показано ниже.
Отрицательный полупериод:
Теперь во время входного отрицательного полупериода T1 будет генерировать отрицательный цикл, а T2 будет генерировать положительный цикл. Это переведет диод D1 в обратное смещение, а диод D2 в прямое смещение. Но полярность на нагрузочном резисторе RL остается такой же, поскольку ток проходит от T3 к T1 , как показано на рисунке ниже.
Выходной сигнал DC выпрямителя с центральным отводом также имеет пульсации, и он не является плавным и устойчивым DC . Конденсатор на выходе устранит пульсации и обеспечит устойчивый выход DC .
Управляемый выпрямитель:
Тип выпрямителя, выходное напряжение которого может быть изменено или изменено , называется управляемым выпрямителем .
Необходимость управляемого выпрямителя становится очевидной, если мы рассмотрим недостатки неуправляемого мостового выпрямителя.Чтобы превратить неуправляемый выпрямитель в управляемый, мы используем твердотельные устройства с управляемым током, такие как SCR, MOSFET и IGBT. У нас есть полный контроль, когда тиристоры включаются или выключаются в зависимости от импульсов затвора, которые мы применяем к ним. Они обычно более предпочтительны, чем их неконтролируемые аналоги.
Он состоит из одного или нескольких SCR ( кремниевый управляемый выпрямитель ).
SCR , также известный как тиристор , представляет собой трехконтактный диод.Эти клеммы — это анод , катод и управляющий вход, известный как Gate .
Так же, как простой диод, SCR проводит при прямом смещении и блокирует ток при обратном смещении, но он запускает прямую проводимость только тогда, когда на входе затвора присутствует импульс . Таким образом, выходным напряжением можно управлять с помощью входа затвора.
Типы управляемого выпрямителя
Есть два типа управляемого выпрямителя.
Полупериодный управляемый выпрямитель
Полуволновой управляемый выпрямитель состоит из одного SCR (кремниевый управляемый выпрямитель).
Полупериодный управляемый выпрямитель имеет ту же конструкцию, что и полуволновой неуправляемый выпрямитель, за исключением того, что мы заменили диод на SCR , как показано на рисунке ниже.
SCR не проводит обратное смещение, поэтому он блокирует отрицательный полупериод.
Во время положительного полупериода SCR будет проводить ток при одном условии, когда на вход затвора подается импульс.Вход затвора, конечно, представляет собой периодический импульсный сигнал, который предназначен для активации SCR в каждом положительном полупериоде.
Таким образом, мы можем контролировать выходное напряжение этого выпрямителя.
Выходной сигнал SCR также является пульсирующим напряжением / током постоянного тока, . Эти импульсы удаляются с помощью конденсатора , параллельного нагрузочному резистору RL .
Полнопериодный управляемый выпрямитель
Тип выпрямителя, который преобразует как положительный, так и отрицательный полупериод переменного тока в постоянный, а также регулирует выходную амплитуду известен как двухполупериодный управляемый выпрямитель.
Как и неуправляемый выпрямитель, управляемый двухполупериодный выпрямитель бывает двух типов.
Управляемый мостовой выпрямитель
В этом выпрямителе диодный мост заменен мостом SCR ( Thyristor ) с такой же конфигурацией, как показано на рисунке ниже.
Положительный полупериод:
Во время положительного цикла SCR (тиристор) T1 и T2 будет проводить при подаче импульса затвора. T3 и T4 будут иметь обратное смещение, поэтому они будут блокировать ток. Выходное напряжение будет установлено на нагрузочном резисторе RL , как показано ниже.
Отрицательный полупериод:
Во время отрицательного полупериода тиристоры T3 и T4 будут иметь прямое смещение с учетом входного импульса затвора, а T1 и T2 станут обратным смещением. Выходное напряжение появится на нагрузочном резисторе RL .
В конце вывода конденсатор используется для удаления пульсаций и делает вывод стабильным и плавным.
Управляемый Выпрямитель с центральным отводом:
Как и неуправляемый выпрямитель с центральным отводом, в этой конструкции используются два SCR вместо двух диодов.
Оба этих переключения SCR будут синхронизированы по-разному в зависимости от входной частоты AC .
Его работа такая же, как и у неуправляемого выпрямителя, и его схематическая конструкция приведена ниже.
Однофазные и трехфазные выпрямители
Эта классификация основана на типе входа, на котором работает выпрямитель. Именование довольно простое. Когда вход однофазный, выпрямитель называется однофазным выпрямителем, а когда вход трехфазный, он называется трехфазным выпрямителем.
Однофазный мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов, тогда как трехфазный выпрямитель использует шесть диодов, расположенных определенным образом для получения желаемого выхода.Это могут быть управляемые или неуправляемые выпрямители в зависимости от компонентов переключения, используемых в каждом выпрямителе, таких как диоды, тиристоры и т. Д.
Сравнение выпрямителей

В следующей таблице показано соответствие между различными типами выпрямителей, такими как однополупериодный выпрямитель, двухполупериодный выпрямитель и выпрямитель с центральным ответвлением.
Применение выпрямителей
Практически все электронные схемы работают от постоянного напряжения.Основная цель использования выпрямителя — выпрямление, то есть преобразование переменного напряжения в постоянное. То есть выпрямители используются почти во всех выпрямительных и электронных устройствах.
Ниже приведен список общих областей применения и использования различных выпрямителей.
Выпрямление, т.е. преобразование постоянного напряжения в переменное.
Выпрямители используются в электросварке для обеспечения поляризованного напряжения.
Применяется также в тяговых двигателях, подвижном составе и трехфазных тяговых двигателях, используемых для движения поездов.
Полуволновые выпрямители используются в средствах от комаров и паяльниках.
Полуволновой выпрямитель также используется в AM Radio в качестве детектора и детектора пикового сигнала.
Выпрямители также используются в умножителях модуляции, демодуляции и напряжения.
Похожие сообщения:
КОНСТРУКЦИЯ ПОДСТАНЦИИ ТЯГОВОЙ СИЛЫ С ТИРИСТОРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ДЛЯ DALLAS AREA RAPID TRANSIT
Компания
Dallas Area Rapid Transit (DART) решила использовать преимущества выпрямителей с тиристорным управлением (TCR) в своей новой стартерной системе, которая покрывает 21 (двадцать одну) зону обслуживания, обслуживающую двадцать одну (21) пассажирскую станцию.Системные исследования показали, что потребовалось четырнадцать (14) главных подстанций тягового питания (TPS), использующих выпрямители с тиристорным управлением, и девятнадцать (19) станций, использующих диодные источники питания. Уже один этот факт во многом повлиял на их решение. Расчетная экономия затрат составила 3,2 миллиона долларов. Эта экономия не включает снижение затрат на техническое обслуживание в будущем или экономию на управлении энергопотреблением. Их физическая конструкция TPS была разработана с учетом интеллектуальных функций и функций безопасности выпрямителя с тиристорным управлением.Это включает размещение персонала во время запуска и диагностику питания перед подачей питания. Неотъемлемые преимущества TCR заключаются в его способности управлять напряжением, током и, следовательно, мощностью. Регулировка напряжения позволяет увеличить расстояние между подстанциями, что снижает капитальные затраты. Эта экономия затрат включает стоимость TPS, недвижимости, строительства и обслуживания. Возможность управления током снижает уровень отказов до 300% от полной нагрузки и позволяет использовать тяговое усилие для тяжелых условий вместо сверхтяжелой тяги, поскольку нагрузка 450% никогда не будет достигнута.Возможность управления мощностью позволяет создать эффективную систему управления энергопотреблением (EMS), которая контролирует использование киловатт-часов (кВт / ч) энергосистемы общего пользования и распределяет мощность между станциями TPS для обеспечения наиболее экономичного потребления энергии на основе контракта на энергоснабжение, который налагает штрафы по уровням. спроса на кВтч. Некоторые из основных проблем пользователей при использовании тиристорных выпрямителей по сравнению с системами диодных выпрямителей: (1) коэффициент мощности, (2) гармоники переменного тока, (3) пульсации напряжения постоянного тока. Чтобы решить эти проблемы, источник питания был разработан с учетом требований спецификации для коэффициента мощности более 0.9 выше нормального рабочего диапазона. Чтобы иметь «стандарт» для определения гармоник переменного тока и пульсирующего напряжения постоянного тока, используется эквивалентная система с 6-пульсным диодным выпрямителем. Идея состоит в том, что тиристорная система должна быть не хуже 6-импульсного диодного выпрямителя.
Язык
Информация для СМИ
Предмет / указатель терминов
Информация для подачи
Регистрационный номер: 00750129
Тип записи: Публикация
Номер отчета / статьи: Том 4
Файлы: TRIS
Дата создания: 24 июня 1998 г. 00:00
Кремниевый управляющий выпрямитель | Гальваническая машина
Кремниевый управляющий выпрямитель
Кремниевый управляющий выпрямитель
— это выпрямительное устройство, преобразующее переменный ток в постоянный, его можно использовать для блока питания и обнаружения радиосигналов.Кремниевый управляющий выпрямитель может быть изготовлен с помощью вакуумной лампы, запальной трубки, твердотельного кремниевого полупроводникового диода, ртутной дуги и других. Напротив, набор машин, преобразующих постоянный ток в мощность переменного тока, называется «инвертором».
Описание кремниевого управляющего выпрямителя:
1, Схема главного выпрямителя в соответствии с точками подключения:
A. Двухдиапазонный балансировочный реактор типа звезда;
B. Обратно-фазный или трехфазный мост параллельно с уравновешивающим реактором двойной звезды;
с.В фазе встречно-параллельный трехфазный мостового типа;
D. Шестифазная двойная антизвездная схема;
E. Двенадцатифазный двухдиапазонный уравновешивающий реактор типа «звезда», силовые компоненты на тиристорах большой мощности.
2, Выпрямительные трансформаторы используют высокопроницаемую холоднокатаную кремнистую сталь с высокой проницаемостью 0,27 мм или 0,35 мм, разработанную как трехфазный вход с пятью ветвями, начальная стадия с низким удельным сопротивлением и намоткой из бескислородной медной проволоки; Главный трансформатор с использованием двух вакуумных пропиток и сушки, его безопасность и стабильность были эффективно защищены.
3, Метод охлаждения делится на самоохлаждение на открытом воздухе, воздушное охлаждение, водяное охлаждение, водяное охлаждение масла и другие процессы, которые могут быть выбраны в зависимости от требований клиентов.
4, с рабочим статусом реверсирования цикла, три варианта положительного и обратного переключения, положительное и отрицательное время переключения, напряжение, ток могут быть произвольно установлены, может автоматически изменять полярность выходного тока, помогает увеличить твердость пленки покрытия. , плотность и яркость.
5, Трехфазная интегрированная панель управления триггером, использующая передовые технологии, с множеством мер защиты, представляет собой новую и эффективную схему триггера с защитой от помех красным цветом, ее производительность очень продвинута; Цепь управления триггером и регулятор интегрированы, оцифрованы и оптимизированы для компьютеров. Отличная структура платы, высокая надежность и простота обнаружения отладки.
6, с функцией автоматического таймера, можно добиться лучшего контроля качества толщины покрытия колонки, твердости, износостойкости и т. Д., Можно добавить различные функции в зависимости от требований пользователя к процессу.
7, Кремниевый управляющий выпрямитель с функциями перенапряжения, пониженного напряжения, перегрузки по току, падения давления, слишком высокой температуры элемента, отсутствия одинаковых аспектов защиты и функций соответствующей сигнализации неисправности; можно настроить несколько наборов технологических программ, таких как ток, напряжение, импульс, время, счетчик ампер-часов и т. д., и изменить выполненный вызов.
8, Пульт дистанционного управления может быть реализован и централизованное управление, в соответствии с требованиями пользователя, с использованием работы реле программируемых контроллеров PLC, защита автоматизации процесса.
9, Наш выпрямитель scr стандартизированный дизайн компьютерного шкафа, общая конструкция уплотнения коробки, структура приняла меры по борьбе с подкислением солевого тумана, принятые местной пластиковой структурой деталей, как антикоррозийной, так и красивой, в то же время существенно преодолевает большое влияние нагрева вихревых токов магнитного поля, и малые потери потребления оборудования, высокая эффективность.
10, блок питания SCR с функцией плавного пуска для предотвращения повреждения пускового выпрямителя переходным током и предотвращения ожога заготовки.
11, максимальное количество выходных пульсаций на выходе ≤5%, ≤3%, ≤2%, ≤1%.
12, выпрямитель с кремниевым управлением обеспечивает длительную, безопасную и надежную работу.


Выход SCR при 20 В постоянного тока (таблица читается слева направо)	Выход SCR при 90 В постоянного тока (таблица читается слева направо)

Управляемый выпрямитель — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Управляемый выпрямитель

Управляемые выпрямители выполняются на базе — КиберПедия

Управляемые выпрямители однофазного тока — n1.docx

n1.docx

Управляемые (регулируемые) выпрямители

Моделирование в электроэнергетике — Моделирование вторичного оборудования

Измерительные трансформаторы тока (электромагнитные). Погрешности измерительных трансформаторов тока.

Силовые полупроводниковые приборы

Системы управления преобразователями на тиристорах

Основные узлы систем управления.

Фазировка системы управления тиристорами.

Принцип работы схемы выпрямителя с фазным управлением и ее применение

Что такое выпрямитель с фазовым управлением?

Типы фазоуправляемых выпрямителей

Однофазный управляемый выпрямитель

Трехфазный управляемый выпрямитель

Работа выпрямителя с фазовым управлением

Применение выпрямителя с фазовым управлением

Выпрямители с кремниевым управлением (SCR) [Analog Devices Wiki]

Цель:

Фон:

Материалы:

Направления:

Настройка оборудования:

Процедура:

Вопросы:

Непреднамеренные паразитные тринисторы в интегральных схемах

ЗАДЕРЖКА

Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) — определение, конструкция, режимы работы и характеристики VI

Все, что вам нужно знать о SCR

Что такое выпрямитель? Типы выпрямителей, работа и применение

Сравнение выпрямителей

КОНСТРУКЦИЯ ПОДСТАНЦИИ ТЯГОВОЙ СИЛЫ С ТИРИСТОРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ДЛЯ DALLAS AREA RAPID TRANSIT

Компания

Язык

Информация для СМИ

Предмет / указатель терминов

Информация для подачи

Кремниевый управляющий выпрямитель | Гальваническая машина

Кремниевый управляющий выпрямитель

Описание кремниевого управляющего выпрямителя:

alexxlab

Добавить комментарий Отменить ответ

Рубрики