|
| |
|
Слаботочка Книги мощные полупроводниковые преобразователи В последние годы широкое применение получили мощные полупроводниковые (статические) преобразователи электрической энергии на всех стадиях ее генерирования, распределения и потребления. Одной из особенностей полупроводниковых преобразователей, как и вообще других полупроводниковых устройств, является низкая перегрузочная способность по току. Эта особенность привела к появлению новых специфических требований по их токовой защите, возможность удовлетворения которых с помощью классических аппаратов защиты - электромагнитных автоматических выключателей и плавких предохранителей - стала проблематичной. Возникла необходимость целенаправленного поиска путей создания соответствующих средств защиты различных видов полупроводниковых устройств от аварийных токовых перегрузок. Вначале были сделаны попытки для их защиты использовать традиционные аппараты защиты - электромагнитные выключатели и плавкие предохранители, которые могли обеспечить требования защиты лишь в минимальной степени и то при больших «запасах прочности» по токовой перегрузке полупроводниковых устройств. В дальнейшем усилия были направлены на поиск компромиссных решений, с одной стороны, путем смягчения требований защиты (а следовательно, сохранения определенного резерва нагрузочной способности полупроводниковых устройств) и с другой - некоторого улучшения защитных характеристик традиционных аппаратов защиты. Основными предъявляемыми к последним требованиями явились быстродействие и высокая предельная коммутационная способность. Быстродействие у плавких предохранителей достигается достаточно просто путем повышения плотности номинального тока, правда, за счет ухудшения других их защитных характеристик и надежности. В то же" время имеются принципиальные трудности по достижению необходимого уровня быстродействия электромагнитных автоматических выключателей, диктуемого условиями эксплуатации современных полупроводниковых устройств. Следу- ет заметить, что и в настоящее время он еще не додтигнут, хотя совершенствование их конструкции активно проводится во всех технически развитых странах. В связи с этим наряду с совершенствованием традиционных аппаратов защиты появилась большая группа специализированных устройств защиты, имеющих те или иные преимущества перед электромагнитными автоматическими выключателями и плавкими предохранителями. Это полупроводниковые (тиристорные) выключатели, вакуумные выключатели с принудительной коммутацией, импульсные дуговые коммутаторы, взрывные коммутаторы, самовосстанавливающиеся предохранители и др. Следует заметить, что до сих пор идут дискуссии о целесообразности применения и перспективности развития автоматических выключателей или предохранителей как аппаратов защиты полупроводниковых устройств. В то же время практический опыт говорит о том, что усовершенствованные варианты и автоматических выключателей, и плавких предохранителей пока что остаются в общем наиболее эффективными аппаратами защиты, имеющими, однако, свои достоинства и недостатки. Поэтому возможность и целесообразность их применения нужно решать каждый раз с учетом тех или иных конкретных условий. К .тому же следует иметь в виду, что эти аппараты очень широко распространены, постоянно совершенствуются и причин для ограничения темпов их развития и применения в будущем авторы не видят. Настоящая книга является попыткой систематизированного изложения основных вопросов теории и практики аппаратов защиты силовых полупроводниковых устройств. Авторы старались отразить не только современное состояние рассматриваемых вопросов, но и перспективы их решения. При написании книги авторы широко использовали результаты собственных работ, выполненных в В.НИИэлек-троаппарат и Харьковском институте инженеров коммунального строительства. Авторы выражают искреннюю признательность И. Д. Беликову, взявшему на себя большой труд по редактированию рукописи, а также рецензенту А. А. Саковичу за ценные замечания. Авторы будут благодарны за пожелания и критические замечания по книге и просят их направить по адресу: 113П4, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10, Энергоатомиздат. Глава первая СИЛОВЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ УСТРОЙСТВА И ТРЕБОВАНИЯ К ИХ ЗАЩИТЕ 1.1. Виды, назначение и конструкция силовых полупроводниковых устройств В индустриально развитых странах примерно лоловина всей электрической энергии, производимой при синусоидальной форме напряжения базовой частоты, используется в преобразованном виде, для чего применяются силовые полупроводниковые преобразователи. Они могут быть классифицированы на основе различных признаков (область применения, уровень мощности, способ охлаждения, конструктивное исполнение и т. п.). Наиболее общей является классификация силовых полупроводниковых преобразователей по виду преобразования энергии, основанная на функциональном признаке. Основными видами преобразования энергии являются: 1) выпрямление - преобразование переменного тока в постоянный; 2) инвертирование - преобразование постоянного тока в переменный; 3) преобразование частоты - преобразование переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты; 4) преобразование постоянного напряжения в постоянное напряжение другого значения; 5) преобразование формы кривой тока; 6) преобразование числа фаз. Используется также сочетание нескольких видов преобразования энергии. В соответствии с видами преобразования энергии классифицируются и собственно преобразователи, подразделяясь на выпрямители, инверторы, преобразователи частоты и т. д. Широкое распространение силовых полупроводниковых преобразователей вызвано их неоспоримыми преимуществами по сравнению с другими преобразователями - электромашинными, ионными, магнитными и контактными. Это [0] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 |