Электроприводы с питанием двигателей постоянного тока от полупроводниковых вентильных преобразователи - вентильные электроприводы - получили в настоящее время широкое распространение. Промышленностью освоен серийный выпуск комплектных преобразовательных устройств и полностью комплектных вентильных электроприводов.

В этих условиях резко возросло число лиц, которым приходится заниматься монтажом, наладкой и эксплуатацией вентильных электроприводов, применяемых как во вновь устанавливаемом технологическом оборудовании, так и при модернизации действующих установок. Между тем пособия, позволяющие приобрести первоначальную подготовку в этой области электропривода, практически отсутствуют.

Предлагаемая книга предназначается в основном для читателей, нуждающихся в такой первоначальной подготовке, Книга знакомит со свойствами полупроводниковых диодов и тиристоров, с различными выпрямительными схемами на их основе, со способами и схемами управления тиристорами. Рассмотрены типичные принципиальные схемы электроприводов с нереверсивными и реверсивными вентнльиыми преобразователями, способы управления пуском, торможением и реверсированием двигателей в этих схемах. Поскольку современные вентильные электроприводы представляют собой автоматические системы регулирования, в книге изложены принципы построения таких схем. Описаны основные элементы систем, виды и назначение обратных связей, способы получения требуемых механических характеристик и переходных процессов электропривода. Рассмотрены простейшие методы расчета характеристик и выбора параметров систем регулирования, необходимых при наладке вентильных электроприводов. Содержатся нужные для практики сведения о выборе силовых элементов вентильных преобразователей и защите электроприводов. В качестве иллюстрации приведены некоторые примеры типовых схем комплектных, тиристорных электроприводов.

Отзывы и пожелания по книге следует направлять по адресу: 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10, Энергоиздат.

ГЛАВА ПЕРВАЯ,

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ВЕНТИЛИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В современных преобразовательных устройствах постоянного тока в качестве вентилей применяются силовые кремниевые полупроводниковые диоды (силовыми обычно считают вентили на ток 10 А и более). Принцип действия кремниевых днодов основан на использовании свойств примесного монокристаллического кремния. Примесный кремний образуется путем ввода в кристаллическую решетку кремния атомов различных примесей, называемых доиорными (обычно сурьма нли фосфор) и акцепторными (например, алюминий или бор). В результате в монокристалле кремния возникают области (слои) с различными типами электропроводности: электронной (типа я) - в области с донорной примесью и дырочной (типа р) - в области с акцепторной примесью. Донорные примеси создают в кристаллической решетке кремния избыток отрицательно заряженных электронов, акцепторные примеси - избыток положительно заряженных дырок (атомов кремния, у которых не хватает по одному электрону).

В узкой зоне на границе между двумя слоями с различными типами электропроводности получается так называемый электроино-дырочиый переход (р-п переход), основным свойством которого является резкое изменение его сопротивления от направления тока через переход, которое и определяет вентильную (выпрямляющую) способность р-п перехода. Если к области р приложить положительный потенциал, а к области п - отрицательный, то р-п переход открывается п через него будет протекать прямой ток, ограниченный практически только внешним сопротивлением электрической цепи. При изменении по-

лярности потенциалов на р-п переходе переход закрывается. Практически через него в этом случае протекает очень малый обратный ток.

Различают две основные разновидности силовых кремниевых вентилей - неуправляемые и управляемые.

В качестве неуправляемого вентиля используется диод - прибор на основе двухслойной структуры р-п. Как элемент электрической цепи диод характеризуется непрерывным изменением сопротивления при изменении тока в прямом (проводящем) направлении.

В качестве управляемого вентиля используется тири-ст0р - прибор на основе четырехслойной p\-ni-p2-n2 структуры с тремя р-п переходами, обладающий разрывной зависимостью его сопротивления от прямого тока. Открывание тиристора может осуществляться при положительной разности потенциалов между слоями р\ и щ путем подачи на переход р2-п2 положительной разности потенциалов (напряжения управления), когда через этот переход будет протекать небольшой ток управления, нейт-трализующий запирающее действие перехода п\-рг- Закрывать пропускающий прямой ток тиристора, воздействуя на ток управления, нельзя.

Рабочий элемент силового кремниевого диода изготовляется из монокристаллического слитка кремния в виде круглой пластины диаметром от 10 до 30 мм и толщиной 0,35-0,55 мм. Во избежание деформаций и повреждения кристалла при колебаниях температуры, а также для обеспечения надежного электрического и теплового контакта рабочий элемент впаивается между термокомпеисирующими пластинами из вольфрама или молибдена, температурный коэффициент линейного расширения которых близок к температурному коэффициенту линейного расширения кремния. Для защиты от воздействий окружающей среды и придания механической прочности конструкции диода рабочий элемент заключается в герметизированный корпус.

Конструкции корпусов кремниевых силовых диодов могут быть различными. В зависимости от конструктивного исполнения диоды разделяют на два основных вида: штыревые и таблеточные.

На рис. 1.1, а показан штыревой диод типа В2-200. Рабочий элемент диода помещен в неразборный герметический металлостеклянный (в других конструкциях керамический) корпус 2. Роль катода К, т. е. электрода, со-