2015-04-12
1192
Обобщенные показатели полупроводниковых приборов силовых электронных ключей приведены в табл. 6.1 (по материалам издания: Клевцов А.В. Средства оптимизации потребления электроэнергии. Справочно-информационное пособие./М., СОЛОН-Пресс, 2005).
Обобщенные показатели полупроводниковых приборов
Таблица 6.1
| Вид прибора | Предельное коммутиру- емое напряже- ние, В | Предель- ный коммути- руемый ток, А | Прямое падение напря- жения, В | Частота комму- тации, Гц | Ток утечки не более, мА | Вид управ- ления |
| Тиристор (тир.) | < 1,9 | < 400 | ток | |||
| Симистор | < 1,4 | < 400 | ток | |||
| Запираемый тир. | < 4,0 | < 2000 | ток | |||
| МОП-транзистор | < 3,2 | < 105 | 0,3 | напр. | ||
| МОПБТ | < 3,0 | < 5 .104 | напр. | |||
| Запираемый тир. с МОП-управлением | < 1,5 | < 2,5. 104 | напр. |
Обобщенные сведения о силовых ключах приведены в табл. 6.2.
Показатели функционирования силовых ключей
Таблица 6.2
| Показатель | «Идеальный» ключ | Коммутирующий контакт | Электронный ключ |
| Быстродействие, мс | τ = 0 | τ > 10 | τ < 1 |
| Ресурс работы, число циклов | N = ∞ | N < 107 | N = ∞ |
| Наличие электрической дуги | нет | есть | нет |
| Возникновение перенапряжений и сверхтоков | нет | почти нет | есть |
| Тепловые потери на ключе | нет | почти нет | есть |
| Остаточное напряжениена ключе, В | Δ U = 0 | Δ U ≈ 0 | Δ U ≤ 3 |
| Гальваническая развязка между цепями, Ом | Rизоляции = ∞ | Rизоляции → ∞ | Rизоляции < 109 |
| Затраты мощности на включение и удержание во включенном состоянии, Вт | Р = 0 | Р > 10 | Р ≤ 1 |
Коммутирующие контакты обладают рядом преимуществ по сравнению с электронными ключами. Они в большей степени приближаются к «идеальному» ключу по таким показателям как устойчивость к токам перегрузки, короткого замыкания и к воздействию перенапряжения; тепловые потери на замкнутом контакте; остаточное напряжение (падение напряжения на замкнутом контакте); гальваническая развязка силовых и вспомогательных цепей («сухие» контакты). Существенные недостатки: возникновение электрической дуги и вытекающие из этого отрицательные последствия (они рассмотрены в разделе 2), а также низкая частота коммутации.
В тех применениях ключей, где требуется большая частота коммутации электрической цепи, инерционность коммутирующих контактов ограничивает, либо делает невозможным их применение. К тому же износ массы контактного материала зависит от количества циклов «включить-выключить» и от силы коммутируемого тока. Например, такой износ у сильноточных контакторов и пускателей оценивают по пропорциональной зависимости от количества циклов «включить-выключить» и по квадратичной зависимости от силы отключаемого тока. Поэтому при больших значениях отключаемого тока и количестве циклов появляется необходимость в частой замене коммутационного контактного аппарата.
Существенный недостаток электронных ключей – это слабая устойчивость к перенапряжениям и сверхтокам. Поэтому для обеспечения их работоспособности приходится применять дополнительные элементы и узлы, например, снабберные цепи, что приводит к усложнению конструкции и удорожанию аппарата.
В табл. 6.3. сопоставлены электромеханические и электронные ключи по тем свойствам, которые обычно учитываются при технико-экономическом обосновании выбора аппаратуры для электромеханических систем, электроприводов.
Сопоставление свойств электромеханических и электронных ключей
Таблица 6.3
| Особенность, свойство | Ключи | |
| электромеханические | электронные | |
| Возможность плавного изменения тока в управляемой цепи (усилительный режим) с переходом в скачкообразное его изменение (коммутационный режим) | Нет возможности плавного управления, работают только в коммутационном режиме | Работают надежно в любом режиме |
| Возможность непосредственного использования слабых электрических сигналов для управления ключом | Энергопотребление приводов контактных систем сравнительно велико (P > 10 Вт) | Легко осуществляется управление слабыми электрическими сигналами |
| Тепловые потери и нагрев в ключе при токах нагрузки | Потери и нагрев небольшие, т.к. падение напряжения на ключе при включенном состоянии обычно составляет единицы милливольт | Потери высокие, т.к. падение напряжения на ключе при включенном состоянии достигает одного и более вольт |
| Устойчивость к перенапряжениям | Выдерживают значительные перенапряжения; пробивное напряжение – до десятков киловольт | Требуется специальная защита от перенапряжений; допустимые обратные напряжения обычно составляют сотни вольт |
| Устойчивость к токовым перегрузкам | Допустима перегрузка сверхтоком примерно в 700 раз большим по отношению к номинальному току при времени его действия до 0,01 с | Необходима специальная защита от сверхтоков; допустимая перегрузка может достигать лишь примерно 30-кратного значения номинального тока при времени действия до 0,01 с |
Продолжение табл. 6.3
| Стойкость к ударным нагрузкам и вибрации | Подвержены влиянию ударных нагрузок и вибрации | Практически не подвержены влиянию ударных нагрузок и вибрации за исключением элементов подсоединения. |
| Надежность | Надежность высокая, но зависит от качества обслуживания | Надежность высокая и почти не зависит от обслуживания |
| Звуковые эффекты | Шум при работе, возможно гудение электромагнита | Отсутствуют шумы |
| Восприимчивость к искажениям сигнала управления | Практически невосприимчивы к искажениям сигнала управления приводом контактной системы | Возможны ложные срабатывания, в том числе от случайных импульсных помех малой продолжительности |
| Размеры аппарата | Компактные аппараты | Размеры аппарата значительно больше, чем контактного аппарата (при одинаковой коммутационной способности) |
| Стоимость аппарата | Стоимость контактных аппаратов относительно невысокая | Стоимость бесконтактных аппаратов значительно выше в сравнении с контактными аппаратами; стоимость снижается благодаря совершенствованию технологии производства и увеличению масштабов выпуска |
