ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ

СИЛОВЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ И ГИБРИДНЫЕ

 

Новочеркасск 2012

 

УДК 621.316

ББК 32.85

Г 85

 

Рецензент – С.А. Пахомин, доктор технических наук,

заведующий кафедрой «Электромеханика».

 

Гринченков В.П., Шкарупин А.Я.

Г 85 Силовые полупроводниковые и гибридные электрические аппараты: Учебное пособие / Юж. - Рос. Гос. техн. ун-т. – Новочеркасск: ЮРГТУ, 2012. – … с.

В пособии рассмотрены принципы действия и схемотехника основных видов полупроводниковых и гибридных аппаратов: бесконтактных полупроводниковых реле, тиристорных контакторов постоянного и переменного тока, мощных регуляторов и стабилизаторов постоянного тока, используемых в системах энергоснабжения и управления различным электротехническим оборудованием.

Приведены примеры расчета основных узлов проектируемых аппаратов.

Предназначено для студентов, бакалавров и магистров, обучающихся по направлениям подготовки: 140400 «Электроэнергетика и электротехника», 210100 «Электроника и наноэлектроника», 220400 «Управление в технических системах».

 

УДК 621.316

ББК 32.85

 

© Южно-Российский государственный

технический университет, 2012

© Гринченков В.П., Шкарупин А.Я., 2012

ВВЕДЕНИЕ

Электрические аппараты являются наиболее массовыми электротехническими устройствами, которые используются при производстве электрической энергии, её распределении и потреблении. Аппараты являются одним из основных средств автоматизации производственных процессов. Некоторые из них изготовляются миллионами экземпляров. Функциональные возможности аппаратов заключаются в управлении потоками энергии и информации.

Многообразны физические процессы, которые используются в работе электрических аппаратов. Ранее для коммутации электрических цепей использовались в основном электромеханические (контактные) аппараты, обеспечивающие замыкание (размыкание) электрической цепи с помощью подвижных контактов. Они обеспечивали практически идеальное соединение (разъединение) электрической цепи. Однако, при коммутации цепи с током возникает электрическая дуга для гашения которой требуются специальные дугогасительные устройства. Это один из основных недостатков таких типов аппаратов, который снижал их эксплуатационный ресурс, надежность и увеличивал массогабаритные показатели. Кроме того механические воздействия (удары, вибрации) и условия эксплуатации (запыленность, повышенная влажность, агрессивная среда) пагубно отражались на работоспособности аппарата. Оставляло желать лучшего и быстродействие электромеханических аппаратов.

С появлением полупроводниковых усилительных и ключевых элементов началось интенсивное развитие полупроводниковых (бесконтактных) аппаратов, многие характеристики которых намного лучше, чем у контактных. Улучшение коммутационных характеристик полупроводниковых приборов значительно расширило области, в которых они используются.

Обладая высоким быстродействием, независимостью характеристик от условий эксплуатации (исключая влияние температуры окружающей среды), и не имея подвижных элементов, полупроводниковые аппараты обеспечивают: бездуговую коммутацию электрической цепи, малую мощность управления, большой срок службы, низкие эксплуатационные расходы, удобное сочетание с современными средствами управления и автоматики и эффективное совмещение функции коммутации и регулирования.

За прошедшие годы эксплуатации электромеханических аппаратов интенсивно разрабатывались теоретические основы процессов, протекающих в них, и непрерывно совершенствовались методики расчета аппаратов различного назначения.

При проектировании полупроводниковых аппаратов используются принципиально другие математические модели, алгоритмы и методы расчета. Известные ранее методики анализа и синтеза электронных устройств нуждаются в корректировке и совершенствовании, которые должны учитывать особенности проектирования и эксплуатации полупроводниковых аппаратов, а так же интенсивность развития и роста степени интеграции элементной базы, используемой при разработке аппаратов.

Настоящее учебное пособие знакомит студентов с наиболее часто используемыми типами полупроводниковых электрических аппаратов, схемотехникой их исполнения и методиками инженерного проектирования, входящих в них основных узлов.