Классификация и элементная база полупроводниковых преобразователей

В настоящее время полупроводниковые преобразователи находят все более широкое применение в судовых электроэнергетических системах и электроприводе. Все полупроводниковые преобразователи могут быть разделены на следующие группы: преобразователи переменно-постоянного тока - выпрямители (неуправляемые, управляемые), постоянно-переменного тока - инверторы (инверторы ведомые сетью, автономные инверторы), переменно-переменного тока – преобразователи частоты (с непосредственной связью и со звеном постоянного тока), регуляторы напряжения, компенсаторы реактивной мощности, преобразователи постоянно - постоянного тока. Классификация полупроводниковых преобразователей представлена на рис. 3.1.

Классификация полупроводниковых преобразователей электроэнергии

Рис. 3. 1. Классификация полупроводниковых преобразователей электроэнергии

Ведомые инверторы, выпрямители и преобразователи частоты с непосредственной связью строятся на основе не полностью управляемых полупроводниковых приборов (диодов и однооперационных тиристоров) и действуют по принципу естественной коммутации.

Автономные инверторы и преобразователи постоянного тока, в настоящее время строятся на базе полностью управляемых полупроводниковых приборов, действующих по принципу искусственной коммутации.

Классификация транзисторов приведена на рис. 3.2. Помимо традиционно применяемых биполярных транзисторов все более широкое применение находят полевые и гибридные транзисторы.

Полевой транзистор - полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены потоком основных носителей заряда, протекающих через проводящий канал и управляемых электрическим полем. Работа транзистора зависит от носителей заряда одной полярности (униполярные). Управляются электрическим полем (полевые). Имеют три или четыре вывода: исток И, сток С, затвор З, подложка П. Через исток носители втекают в канал, через сток - вытекают, затвор является управляющим электродом. К достоинствам полевых транзисторов следует отнести большое входное сопротивление, высокую скорость переключения, к недостаткам - высокие потери, что ограничивает их мощность. Транзисторы, основными исходными материалами в которых являются металл, диэлектрик (окисел), полупроводник получили название МДП - или МОП- транзисторы.

Комбинированные транзисторы (биполярные транзисторы с изолированным затвором) сочетают в себе достоинства полевых и биполярных транзисторов (незначительные потери, высокое входное сопротивление и т.д.)

Классификация транзисторов

Рис. 3.2. Классификация транзисторов

Основными режимами работы транзисторов являются: режим насыщения (большой ток и малое напряжение), отсечки (малый ток и большое напряжение) и активный режим. В преобразовательной технике транзисторы находятся в состоянии насыщения или отсечки, то есть работают в ключевом режиме.

Условные обозначения транзисторов приведены на рис. 3.3.

Обозначения транзисторов

Рис. 3.3 Обозначения транзисторов: а - биполярного, б - комбинированного, в - полевого с затвором в виде p-n перехода, в - полевого со встроенным, г - полевого с индуцированным каналом

Тиристор - многослойный полупроводниковый прибор, обладающий двумя устойчивыми состояниями: с высоким сопротивлением (закрытое состояние) и с низким сопротивлением (закрытое состояние).

Классификация тиристоров приведена на рис. 3.4.

В однооперационных (незапираемых) тиристорах по цепи управляющего электрода осуществляется только операция отпирания тиристора. В двухоперационных (запираемых) тиристорах - по цепи управляющего электрода осуществляется отпирание и запирание тиристора. Обозначение однооперационных и двухоперационных тиристоров приведено на рис. 3.5.

Классификация тиристоров

Рис. 3.4. Классификация тиристоров

Рис. 3.5.Обозначение однооперационного (незапираемого) и

двухоперационного (запираемого) тиристора

По способу управления тиристоры делятся на обычные (управляются внешним электрическим сигналом по управляющему электроду), фототиристоры (управляются с помощью внешнего светового сигнала) и оптотиристоры (управляются с помощью внутреннего светового сигнала от светодиода, встроенного в корпус тиристора).