Файл: Хайдуков, О. П. Электрооборудование судов учебник.pdf

высокий к. п- д. и меньшие габариты, чем у двигатель-генераторов. Так как стороны постоянного и переменного токов одноякорного преобразователя электрически связаны и магнитная система для них является общей, то напряжение на выходе преобразователя может регулироваться только изменением напряжения на входе. Это является существенным недостатком, ограничивающим приме­

нение одноякорных преобразователей.

Между напряжениями и токами со стороны переменного и по­ стоянного токов существуют зависимости, определяемые соотноше­

где Uф, / л — действующие значения фазного напряжения и линейного тока со стороны сети переменного тока;

U а ,/„ — значения напряжения и тока со стороны сети постоянно­

го тока; т — число фаз, равное соответственно 2, 3 и 6 для одно-,

трех- й шестифазного преобразователей.

Одноякорный преобразователь может работать в режиме гене­ ратора двойного рода тока, т. е. генератора переменного и постоян­ ного тока. Для этого якорь преобразователя необходимо приводить во вращение посторонним двигателем.

Ранее одноякорные преобразователи применялись для преоб­ разования низкого напряжения в высокое напряжение постоянного тока для питания судовых радиоустановок. В пазах якоря таких преобразователей уложены две или более отдельных обмоток, при­ соединенных к соответствующим коллекторам. Преобразователь работает двигателем со стороны коллектора низкого напряжения

игенератором со стороны коллектора высокого напряжения.

Внастоящее время одноякорные преобразователи применяются для питания судовых электронавигационных приборов (эхолотов, лагов), радиоприемников и трансляционных узлов, но их примене­

ние становится все более ограниченным.

§ 10. Полупроводниковые приборы

Прежде чем перейти к рассмотрению полупроводниковых статических преобразователей, необходимо познакомиться с физи­ ческими явлениями в полупроводниках, устройством и принципом действия различных полупроводниковых приборов.

Полупроводники. Полупроводниками называются вещества, за­ нимающие промежуточное положение среди проводников и изоля­ торов. Как известно из курса физики, в полупроводниках в отли­ чие от проводников имеет место не только движение свободных

38

Вводя в тщательно очищенные полупроводники весьма малое, но определенное количество примеси, можно получить в них пре­ обладание дырок над свободными электронами или, наоборот, пре­

а с преобладающей электронной проводимостью — типа « (negativ — отрицательный). Примеси, образующие в полупроводнике ды­ рочную проводимость, называются акцепторами, а электронную — донорами.

К чистым полупроводникам относятся кремний, германий, се­ лен, закись меди. По отношению к кремнию и германию акцептора­ ми служат индий, галий, алюминий и бор, а донорами — мышьяк, сурьма и фосфор.

Два полупроводника, один из которых имеет преобладающую дырочную проводимость, а другой — преобладающую электронную проводимость, обладают замечательным свойством образовывать на границе их раздела запирающий слой, называемый электронно-ды­ рочным, или р—n-переходом (рис. 18). Свободные электроны диф­ фундируют из «-области с электронной проводимостью в р-область с дырочной проводимостью, так как концентрация электронов в «-области больше, чем в p-области. В обратном направлении про­ исходит диффузия дырок. Вследствие диффузии части электронов и дырок пограничный слой обедняется носителями зарядов и его проводимость резко уменьшается. С одной стороны р—«-перехода, прилегающей к p-области, накапливаются отрицательные заряды, а с другой, прилегающей к «-области, — положительные. В р—«- переходе образуется контактная разность потенциалов (потенциаль­ ный барьер) и электрическое поле с напряженностью Ei, противо­ действующее дальнейшему переходу электронов из «-области в р- область и дырок в обратном направлении. Диффузия электронов и дырок прекращается, когда силы электрического поля в р—«-пе­ реходе уравнивают силы, вызывающие эту диффузию. --

Полупроводниковый диод (вентиль). При включении полупро­ водникового прибора, имеющего р—«-переход, в электрическую цепь в приборе создается внешнее электрическое поле с напряжен­ ностью Е. Если положительный полюс источника электроэнергии соединен с p-областью, то электрическое поле источника ослабляет поле пространственных зарядов Eit т. е. снижает потенциальный

39

Рис. 19. Прямое (а) и обратное (б) включение полупроводни­ кового диода

барьер, вследствие чего возрастает диффузия, увеличивается про­ водимость р—«-перехода, а следовательно, и ток через него. Та­ кое включение полупроводникового прибора в электрическую цепь

плюс —■с «-областью, внешнее поле усиливает поле пространствен­ ных зарядов, движение электронов и дырок через р—«-переход еще более затрудняется, и проводимость р—«-перехода становится

ток в прямом направлении и не пропускать в обратном, за что он получил название вентиля, или полупроводникового диода.

Отношение тока при прямом напряжении к току вентиля при та­ ком же обратном напряжении называется коэффициентом выпрям­ ления:

/пр

(8)

/ обр

В рабочих условиях прямое и обратное напряжения не равны, так как последовательно с вентилем соединяется сопротивление на­ грузки Яи. Напряжение источника распределяется между нагруз­ кой и вентилем пропорционально их сопротивлениям.

При прямом токе сопротивление вентиля R h<С R,, и напряжение на вентиле мало, при обратном токе R n» R a и почти все напряже­ ние приходится на вентиль.

Основной характеристикой полупроводникового диода является зависимость тока -диода 1 от приложенного к нему напряжения U. В силу несимметрии электрических свойств диода в этой зави­ симости, называемой вольт-амперной характеристикой диода, раз­ личают прямую и обратную ветви, отражающие работу диода в прямом и обратном направлениях. Току и напряжению в прямом направлении приписывают положительные значения, а в обратном — отрицательные. Типичный пример вольт-амперной характеристики полупроводникового диода представлен на рис. 20. На характери­ стике масштаб тока в положительной области, а масштаб напряже­ ния в отрицательной области значительно (в сотни раз) превосхо­

40

тока или величина допустимого тока, прямое падение напряжения, максимально допустимое обратное напряжение и максимально до­ пустимая температура окружающей среды. При температурах выше максимально допустимых диод теряет свои специфические свой­ ства.

В настоящее время широко применяются четыре вида полупро­ водниковых диодов: селеновые, меднозакисные, германиевые и

(70—80%) и значительные габариты. Прямое падение напряжения у них лежит в пределах 0,6—0,9 В. Допустимая рабочая температу­ ра у различных серий селеновых вентилей колеблется от 75 до 130°С. Параметры селеновых вентилей в большей степени, чем других полупроводниковых диодов, изменяются с течением време­ ни не только в процессе работы, но и при хранении в нерабочем со­ стоянии. Если селеновый вентиль долгое время не работает, то это приводит к резкому уменьшению его обратного сопротивления. При включении на напряжение он начинает выпрямлять не сразу, а в те­ чение некоторого времени восстанавливает свои свойства, или. фор­ муется. Главными достоинствами селеновых вентилей являются большая перегрузочная способность по току, способность восста­ навливать в некоторых случаях вентильные свойства после пробоя в обратном направлении. Селеновые вентили изготовляются в ви­ де круглых, квадратных или прямоугольных пластин различных размеров. Из этих пластин на заводе собираются готовые комплек­ ты .вентилей, соединенных по различным схемам выпрямления. Се­ леновые вентили удовлетворительно работают в условиях вибрации и тряски и получили в настоящее время достаточно широкое при­ менение в тех судовых электроустановках, где нужны небольшие (до 10 кВт) мощности постоянного тока. Они используются для пи­ тания постоянным током цепей управления электроприводов,

41